Kapitel 6: Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie 2 von Dr. rer. nat. Peter Engel

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Dozent des Vortrages Kapitel 6: Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie 2

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

... Prüfung: PhysiKurs 1 Gattung: Staphylokokken grampositive Kugelbakterien in Haufen wachsend („Haufenkokken“) S. ...

... der Haut und des Respirationstraktes S. Pneumoniae (Pneumokokken) = Spezies innerhalb der Gattung Streptokokkus (Pneumonie, Menningitis, ...

... Enterobacteriaceae Familie mit vielen Gattungen gramnegativer Stäbchen einige Gattungen, insbesondere E. coli, gehören zu der physiologischen Darmflora sie ...

... perfringens –C. botulinum –C. tetani Pathogenese & Klinik –schlecht durchblutete Wundengasbrand „Gewebeknistern“ –Botulismus Blockade der ACh-Freisetzung spaltet Syntaxin (t-SNARE) ...

... Abschnitt der Ärztlichen Prüfung: Physi5 Gattung: ...

... gegenüber Penicillinen -M. pneumoniae (atypische Pneumonie) -sie vermehren sich ...

... Ärztlichen Prüfung: PhysiKurs 7 Gattung: Mykobakterien Gattung unbeweglicher, nicht sporenbildender ...

... gramnegative hochbeweglich monotrich (einzige polare Geißel) begeißelte ...

... Neisseria Gattungsmerkmale –gramnegative Diplokokken („semmelförmig“) –aerobe Lebensweise –keine Sporenbildner –keine Beweglichkeit Vertreter –Neisseria gonorrhoeae (Gonokokken) Erreger der Gonorrhoe ...

... oft tödliche, infektiöse, mit Lymphfollikel-schwellungen einhergehende Dickdarmerkrankung Symptome: –blutig-schleimige Stühle bei andauerndem Stuhldrang, durch Exotoxine bedingte allgemeine Störung wie Fieber, ...

... charakteristisch ist der Bedarf an Wuchsstoffen, die u.a. in Erythrocyten vorkommen (Name: Haema = Blut (gr) und Philos = der Freund (gr)) Haemophilus influenzae und Haemophilus ducreyi sind die wichtigsten Krankheitserreger dieser Gattung ...

... F-Plasmid integriert ins Bakteriengenom Transduktion – die Übertragung genetischen Materials durch Phagen Transformation ...

... Abschnitt der Ärztlichen Prüfung: PhysiKurs 13 Eularyonte ...

... einigen Arthropoden (Gliedertieren: Insekten, wie Läuse, Spinnentiere, wie Milben, Zecken) zu ...

... Schlafkrankheit, Übertragung durch die TseTse-Fliege) –beim Menschen lebt und wächst der Parasit vormehmlich im Blutstrom; in späteren Stadien jedoch wandert dieser in das ZNS ein, was zu einer Entzündung des Rückenmarks und des Gehirns führt –zu den Flagellaten gehören auch die Leishmanien –eine Infektion führt, in Abhängigkeit ...

... vorkommen – werden durch die weiblichen Mücken der Gattung Anopheles übertragen – die wichtigsten humanpathogenen Formen sind P. falciparum und P. malariae –klassische Kennzeichen der Malaria sind: Fieber und Anämie Toxoplasma –intrazelluläres Protozoon: T. gondii –der Mensch ...

... der Ärztlichen Prüfung: PhysiKurs 17 Pilze (Funghi) pflanzliche Eukaryonten ...

... parasitische Lebensweise enthalten Chitin in der Zellwand assimilieren kein ...

... PhysiKurs 19 Pilzgifte a-Amanitin –Gift des Knollenblätterpilzes (Amanita phalloides –Hemmstoff der RNA-Polymerase ...

... enthalten als genetische Information entweder nur DNA oder RNA –Sie verfügen nicht über die für Wachstum und Teilung erforderlichen Enzyme, sondern bedürfen ...

... Morphologie - Nukleinsäurekern: (ein- oder doppelsträngig; DNA oder RNA als Träger der genetischen Information des Virus Proteinmantel (Core, Kapsid) Kapsid ...

... erfolgt u.a. nach folgenden Gesichtspunkten. –nach der chemischen Natur der Nukleinsäure (DNA, RNA), –nach der Größe und dem Bauprinzip des Kapsids, –nach dem Wirtsorganismus, in dem sie pathogen ...

... die DNA, die prozessierten RNAs werden im Zytosol translatiert; Beispiele sind Adenoviren, Herpesviren, HPV; Ausnahme Pockenviren werden im Zytosol repliziert und transkribiert Klasse II: –Genom = ssDNA –Klasse III bis Klasse VI ...

... die RNA-Moleküle und der Proteinkomplex in den Zellkern verlagert die viralen Proteine entfernen die CAP-Strukturen incl. von ca 10- 13 Nukleotiden von den zellulären prä-mRNAs ab („Cap-Snatching“) diese Fragmente dienen als Primer für die Transkription der ...

... Oberflächenstrukturen der Zellmembran (CD4- HIV, ACh-Rez. – Rabies) Penetration: –die Virushülle verschmilzt entweder mit der Membran der Wirtszelle, –oder das Virion wird endocytotisch ...

... Membran in eine Virushülle mit Spikes. Folgen der Virusinfektion: Zelltod durch Blockade der übrigen Syntheseleistungen der Zelle. Das Virusgenom führt zu ungehemmter Teilung der Wirtszelle Expression von Onkogenen. Das Virusgenom wird in ...

... Retroviren : HIV einzelsträngige RNA (ssRNA) erinnern an Retrotransposons LTR-Sequenzen 3 proteincodierende Bereiche –die mit der Nukleinsäure ...

... an CD4 RNA liegt in zwei Kopien im Viruskapsid vor hier befinden sich die für ...

... Das HIV baut zur Vermehrung sein RNA-Genom nach der so genannten reversen Transkription in doppelsträngige DNA in das Genom der Wirtszelle ein. Die Umwandlung von viraler RNA in provirale DNA im ...

... RNA RNA-abhängige DNA-PolymerasedNTP 5'3' 5'3' RNA-DNA-Hybrid RNase H Aktivität 5'3' einzelsträngige ...

... infectious particle= infektiöses Protein Prionen werden mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen –wie Kuru-Kuru, –Kreutzfeld-Jakob-Erkrankung, –Scrapie und –BSE (bovine spongiforme Enzephalopathie) in Verbindung gebracht. Kodieren ...

... klappt um“, es ändert seine Konformation. Es entwickelt sich eine Kettenreaktion, es entstehen bestimmte Ablagerungen und Löcher, eine spongiforme Enzephalopathie, die stets tödlich endet –PrPC : hoher a-helikaler Anteil, Protease-sensitiv ...

... 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 ...

... anaerob – grampositiv – sporenbildend – Stäbchen (kastenförmig) – peritrich begeißelt (außer C. Perfringens) – zur Toxinbildung befähigt - Vertreter – C. perfringens – C. botulinum – C. tetani - Pathogenese & Klinik – schlecht durchblutete Wunden – Gasbrand - „Gewebeknistern“ Botulismus - Blockade der ACh-Freisetzung - final: Lähmung der Atemmuskulatur Tetanus ...

... vermehren sich als extrazelluläre Parasiten auf der Oberfläche von Epithelien g) Gattung: Mykobakterien - Gattung unbeweglicher, nicht-sporenbildender Stäbchen, schwach grampositiv - hoher Gehalt an Wachsen in der Zellwand (bes. säure- und basefest) - Erreger: M. tuberculosis; M. lepraeh) Gattung Vibrionen - gramnegative - hochbeweglich - monotrich (einzige polare ...

... Haemophilus ducreyi sind die wichtigsten Kranheitserreger dieser Gattung - die Pathogenität einiger H.-Arten der physiologischen Flora des oberen Respirationstraktes, wie H. parainfluenzae, haben jedoch auch an Bedeutung gewonnen - unbekapselte Stämme von H. influenzae verursachen Infektionen des oberen Respirationstraktes (Bronchitis, Sinusitis, Pneumonie) - bekapselte Stämme von H. influenzae können systemische Infektionen, wie Sepsis, eitrige Meningitiden und eine Epiglottitis (Kehldeckelentzündung) verursachen - H. influenzae besitzt Fimbrien, die Adhäsionsfunktion besitzen 6.3.9 Bakteriengenetik a) Konjugation ...

... den Konjugationspartner übertragen, während die ursprüngliche Kopie in der Donorzelle verbleibt. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist, dass es gelegentlich in das Bakterienchromosom integriert werden kann. Diese Zellen werden dann als Hfr-Zellen bezeichnet. Diese Zellen besitzen die Fähigkeit, ihr eigenes Genom mit hoher Frequenz auf Empfängerzellen (also F-Zellen) zu übertragen zu können. Auf diese Art wird die Rekombination zwischen dem übertragenen und dem Genom der F-Zelle ermöglicht. Die Konjugation zählt zu den parasexuellen Ereignissen. Hierunter versteht man die Übertragung genetischen Materials ohne Beteiligung meiotischer Prozesse. b) Transduktion Als ...

... Scheinfüßchen (Pseudopodien ) zurück - die amöboide Bewegung erfolgt unter der Beteiligung von Aktin-Filamenten - können rundliche Zysten als Dauerstadien bilden - die Amöbiasis (Amöbenruhr) ist eine akute oder chronische Entzündung des Dickdarmes, die auf das Protozoon Entamöba histolytica zurückzuführen ist c) Ciliaten (Wimpertierchen) - besitzen zumindest in einem Stadium ihres Lebenszyklus Cilien (Wimpern) - besitzen zwei Kerne (Mikronukleus mit vorrangig Vererbungs- und Reproduktionsfunktion und den Makronukleus), eine einzigartige Eigenschaft unter den Protozoen - die Gattung Paramecium ist die bekannteste der Wimpertierchen c) Plasmodien - Protozoen, ...

... pflanzliche Eukaryonten . Sie besitzen folglich einen echten Zellkern mit Kernmembran und alle die weiteren Organelle, die für Eukaryonten typisch sind. Es handelt sich jedoch um Pflanzen ohne Wurzeln, Stengel und Blätter, die sich saprophytisch (auf Fäulnisstof fen) oder parasitisch (als Schmarotzer) ernähren, also kein Kohlendioxid assimilieren, d.h. sie besitzen keine Chloroplasten. Diese Lebensweise bezeichnet man auch als heterotroph (im Gegensatz zu den autotrophen Pflanzen) Ihre chlorophyllosen Zellen besitzen ein oder mehrere Chromosomenkerne, Protoplasma und eine aus Chitin (N-haltiges Polysaccharid [ N-Acetyl-D- glucosamin ] in -1,4-glykosidischer Bindung, Gerüstsubstanz der Insekten und Mollusken, auch in Würmern, Bakterien, Pilzen und Flechten zu finden) oder Cellulose bestehende Zellwand. Der eigentliche Pflanzenkörper ...

... bevorzugt Nüsse, Getreide, Mandeln, Kokosraspeln, Kastanien, geräucherter Schinken und daraus hergestellte Erzeugnisse befallen. Mutterkornalkaloide (Ergot alkaloide) Clavicep spurpurea (Mutterkornpilz, Secale cornutum) befällt meist Roggen, zunehmend auch andere Gräser. Die sporenbildende Dauerform (Secale cornutum) enthält Ergotalkaloide , die therapeutisch angewendet werden und in höherer Konzentration in befallenem Getreide Vergiftungserscheinungen (Ergotismus) verursachen können. Beim Ergotamin handelt es sich um einen Vertreter der Ergotalkaloide. 6.5 Viren 6.5.1 Allgemeine Eigenschaften Unter dem Begriff Viren (sing. das Virus) fasst man biologische Strukturen (in den bekannten Fällen meist Krankheitserreger) mit folgenden gemeinsamen Merkmalen zusammen: - Sie enthalten als genetische Information nur entweder DNA oder ...

... spielen. 6.5.3 Virusklassifikation Nach der heute gängigen Virusklassifikation werden die Viren in Familien mit der Endung -idae (Bsp. Herpesviridae ) und weiter in Gattungen mit der Endung - virus (Bsp.Simplex-Virus) gekennzeichnet. In den Gattungen sind verschiedene Arten zusammengefasst (Bsp. Herpes simplex Virus). Die Einteilung der Viren erfolgt u.a. nach folgenden Gesichtspunkten. - nach der chemischen Natur der Nukleinsäure (DNA, RNA), - nach der Größe und dem Bauprinzip des Kapsids, - nach dem Wirtsorganismus, in dem sie pathogen wirken können (Mensch, Tier, Pflanze, Bakterium), - nach den Geweben oder Organsystemen (neurotrop, pneumotrop, enterotrop, hepatotrop u.a.), die bevorzugt befallen werden Viroide sind infektiöse Nukleinsäuren, die weder über ein Kapsid noch über eine Hülle verfügen. Nach heutigem Kenntnisstand werden ausschließlich Pflanzen von Virodien befallen. Die Erbsubstanz eines Viroids besteht aus einem ringförmigen RNS-Molekül als Erbsubstanz. Bisher sind 7 durch Viroide induzierte Pflanzenkrankheiten bekannt. Viroide sind sehr viel kleiner als die bekannten Viren. Es gibt bisher keine Hinweise darauf, dass die RNA zur Synthese eines Proteins verwendet wird. 6.5.4 Vermehrungszyklus: a) Adsorption: ...

... oder die Nukleokapside verlassen die Wirtszelle durch Ausstülpung der Zellmembran (bei Viren mit Hülle, sogenanntes Budding=Knospung) und Transformation der Membran in eine Virushülle mit Spikes. e) Folgen der Virusinfektion: Virusinfektionen können zu verschiedenen zytopathologischen Wirkungen führen: - Zelltod durch Blockade der übrigen Syntheseleistungen der Zelle. - Das Virusgenom führt zu ungehemmter Teilung der Wirtszelle (Expression von Onkogenen). - Das Virusgenom wird in das Genom der Wirtszelle eingebaut (d.h. integriert), ohne daß dies zunächst eine pathologische Wirkung hat, und wird auf Tochterzellen weitervererbt (temperente Infektion). 6.5.5 Retroviren ...

... des HI-Virus: Das HIV ist ein kugelförmiges Retrovirus und gehört zur Familie der Lentiviren. Infektionen mit Lentiviren verlaufen meist chronisch, mit langer klinischer Latenzzeit und unter Beteiligung des Nervensystems. Das Viruspartikel hat einen Durchmesser von etwa 100 nm und ist von einer Lipoproteinhülle umgeben. Eingebettet in diese Hülle sind 72 etwa 10 nm große env-Glykoproteinkomplexe, die aus einem externen Anteil (gp120) und einem Transmembranprotein ( gp41) bestehen. Gp120 ist für die Bindung des Virus an die CD4-Rezeptoren der Zielzellen von entscheidender Bedeutung. Da die Hülle des HI- Virus aus der Membran der Wirtszelle entsteht, befinden sich in ihr ebenfalls verschiedene Proteine der Wirtszelle, z. B. HLA Klasse I und II Moleküle sowie Adhäsionsproteine. Die HIV-RNA liegt in zwei Kopien im Viruskapsid vor. ...

... oder kurz Phagen genannt sind Viren, die von einer Proteinhülle umgeben sind und ausschließlich Bakterien befallen und sich innerhalb von diesen vermehren. Nach der Form der Phagenpartikel lassen sich drei Typen unterscheiden: - filamentöse Phagen , bei denen die DNA in gestreckter Form in ein fadenförmiges Kapsid verpackt ist (Bsp. Phage M13) - ikosaaedrische, schwanzlose Phagen, deren Genom in stark kondensierter Form in ein Capsid verpackt ist (Phage X174) - ikosaedrische Phagen mit Schwanz, der eine besondere Struktur zur Anheftung (s. Abb.) an die Bakterien-Zellwand dient (Phage) Sie zeige eine hohe Wirtsspezifität, d.h. sie befallen meist nur ein enges Spektrum an Bakterienspe-cies. Grundsätzlich lassen sich zwei Vermehrungszyklen unterscheiden: ...

... verbleibt dort als Prophage ohne weitere Stoffwechselfunktion. Die infizierte Zelle bezeichnet man als lysogen. Durch die Integration ins Wirtsgenom wird der Phage bei jeder Replikation mit repliziert. Unter bestimmten Bedingungen kann der lysogene in den lyltischen Zyklus übergehen. 6.6 Prionen Prion steht für ‘proteinaceuos infectious particle’. Es handelt sich demnach um ein infektiöses Protein, d.h. es sind keine Nukleinsäuren für die „Vermehrung“ erforderlich! Prionen werden mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen wie Kuru-Kuru, Kreutzfeld- Jakob-Erkrankung, Scrapie und BSE (bovine spongiforme Enzephalopathie) in Verbindung gebracht. Erstaunlicherweise wird das Prionprotein durch ein chromosomales Gen kodiert und auch in normalem Nervengewebe exprimiert. Das Protein wird als PrPC bezeichnet (prion protein cellular). Die physiologische Funktion dieses membranständigen Proteins ist noch nicht endgültig geklärt. Es findet sich vor allem im Nervensystem und Gehirn. Tiere besitzen ...