Allgemeine Mikrobiologie

Schichten außerhalb der Zellwand

Was haben wir bisher in Bezug auf Zellschichten gelernt? Alle Zellen haben eine Zellmembran. Die meisten Bakterien haben eine Zellwand. Aber es gibt ein paar zusätzliche Schichten, die Bakterien haben können oder nicht. Diese würden sich, falls vorhanden, außerhalb der Zellmembran und der Zellwand befinden.

Kapsel

Eine Bakterienkapsel ist eine Polysaccharidschicht, die die Zelle vollständig umhüllt., Es ist gut organisiert und dicht gepackt, was seine Beständigkeit gegen Flecken unter dem Mikroskop erklärt. Die Kapsel bietet Schutz vor einer Vielzahl verschiedener Bedrohungen für die Zelle, wie Austrocknung, hydrophoben toxischen Materialien (d. H. Detergenzien) und bakteriellen Viren. Die Kapsel kann die Fähigkeit von bakteriellen Krankheitserregern verbessern, Krankheiten zu verursachen, und kann Schutz vor Phagozytose bieten (verschlungen durch weiße Blutkörperchen, die als Phagozyten bekannt sind). Schließlich kann es bei der Befestigung an Oberflächen helfen.,

Schleimschicht

Eine bakterielle Schleimschicht ähnelt der Kapsel insofern, als sie typischerweise aus Polysacchariden besteht und die Zelle vollständig umgibt. Es bietet auch Schutz vor verschiedenen Bedrohungen wie Austrocknung und Antibiotika. Es kann auch die Haftung an Oberflächen ermöglichen. Also, wie unterscheidet es sich von der Kapsel? Eine Schleimschicht ist eine lose, unorganisierte Schicht, die leicht von der Zelle, aus der sie hergestellt wurde, abgezogen werden kann, im Gegensatz zu einer Kapsel, die sich fest um die Bakterienzellwand integriert.,

S-Schicht

Einige Bakterien haben eine hochorganisierte Schicht aus sezernierten Proteinen oder Glykoproteinen, die sich selbst zu einer Matrix am äußeren Teil der Zellwand zusammensetzen. Diese regelmäßig strukturierte S-Schicht ist in der Zellwand verankert, obwohl sie bei Bakterien nicht offiziell als Teil der Zellwand angesehen wird. S-Schichten haben eine sehr wichtige Rolle für die Bakterien, die sie haben, insbesondere in den Bereichen Wachstum und Überleben sowie Zellintegrität.,

S-Schichten tragen zur Aufrechterhaltung der Gesamtsteifigkeit der Zellwand-und Oberflächenschichten sowie der für die Reproduktion wichtigen Zellform bei. S-Schichten schützen die Zelle vor Ionen – / pH-Veränderungen, osmotischem Stress, schädlichen Enzymen, bakteriellen Viren und Räuberbakterien. Sie können eine Zelladhäsion an anderen Zellen oder Oberflächen bereitstellen. Für pathogene Bakterien können sie Schutz vor Phagozytose bieten.

Strukturen außerhalb der Zellwand

Bakterien können auch Strukturen außerhalb der Zellwand aufweisen, die häufig an die Zellwand und / oder Zellmembran gebunden sind., Die Bausteine für diese Strukturen werden typischerweise innerhalb der Zelle hergestellt und dann an der Zellmembran und Zellwand vorbei abgesondert, um an der Außenseite der Zelle zusammengesetzt zu werden.

Fimbrien (sing. fimbrien)

Fimbrien sind dünne filamentöse Anhängsel, die sich von der Zelle aus erstrecken, oft in Zehn oder Hunderten. Sie bestehen aus Pilinproteinen und werden von der Zelle verwendet, um sich an Oberflächen zu binden. Sie können besonders wichtig für pathogene Bakterien sein, die sie zur Anhaftung an Wirtsgewebe verwenden.

Pili (sing., pilin)

Pili sind Fimbrien sehr ähnlich (einige Lehrbücher verwenden die Begriffe austauschbar), da sie dünne filamentöse Anhänge sind, die sich von der Zelle erstrecken und aus Pilinproteinen bestehen. Pili können auch zur Befestigung an Oberflächen und Wirtszellen verwendet werden, z. B. an Neisseria-Gonorrhoe-Zellen, die ihre Pili zum Greifen auf Samenzellen verwenden, um zum nächsten menschlichen Wirt zu gelangen. Warum sollten sich einige Forscher also die Mühe machen, zwischen Fimbrien und Pili zu unterscheiden?,

Pili sind typischerweise länger als Fimbrien, mit nur 1-2 auf jeder Zelle vorhanden, aber das scheint kaum genug, um die beiden Strukturen auseinander zu setzen. Es läuft wirklich darauf hinaus, dass einige spezifische Pili an Funktionen teilnehmen, die über die Bindung hinausgehen. Die konjugierenden Pili nehmen an dem als Konjugation bekannten Prozess teil, der die Übertragung eines kleinen DNA-Stücks von einer Spenderzelle auf eine Empfängerzelle ermöglicht., Die Pili vom Typ IV spielen eine Rolle bei einer ungewöhnlichen Art von Motilität, die als zuckende Motilität bekannt ist, bei der sich ein Pilus an einer festen Oberfläche anhaftet und sich dann zusammenzieht und das Bakterium in einer ruckartigen Bewegung nach vorne zieht.

Flagellen (sing. flagellum)

Die bakterielle Motilität wird typischerweise durch als Flagellen bekannte Strukturen bereitgestellt. Das bakterielle Flagellum unterscheidet sich in Zusammensetzung, Struktur und Funktion vom eukaryotischen Flagellum, das als flexibler peitschenartiger Schwanz unter Verwendung von Mikrotubuli arbeitet. Das bakterielle Flagellum ist von Natur aus starr und arbeitet eher wie der Propeller eines Bootes.,

Das bakterielle Flagellum besteht aus drei Hauptkomponenten:

1. das Filament – ein langer dünner Anhang, der sich von der Zelloberfläche erstreckt. Das Filament besteht aus dem Protein Flagellin und ist hohl. Flagellin-Proteine werden im Zellzytoplasma transkribiert und dann über die Zellmembran und Zellwand transportiert. Ein bakterielles flagellares Filament wächst von seiner Spitze aus (im Gegensatz zu den Haaren auf Ihrem Kopf) und fügt immer mehr Flagelleneinheiten hinzu, um die Länge zu verlängern, bis die richtige Größe erreicht ist. Die Flagellin-Einheiten werden durch eine Proteinkappe an Ort und Stelle geführt.,
2. der Haken – dies ist ein gekrümmter Koppler, der das Filament am Flagellenmotor befestigt.
3. der Motor-ein Drehmotor, der sowohl die Zellmembran als auch die Zellwand überspannt, mit zusätzlichen Komponenten für die gramnegative äußere Membran. Der Motor besteht aus zwei Komponenten: dem Basalkörper, der die Drehung bereitstellt, und dem Stator, der das für die Drehung erforderliche Drehmoment bereitstellt. Der Basalkörper besteht aus einem zentralen Schaft, der von Proteinringen umgeben ist, zwei in den grampositiven Bakterien und vier in den gramnegativen Bakterien., Der Stator besteht aus Mot-Proteinen, die den(die) Ring (e) umgeben, der (die) in die Zellmembran eingebettet ist (sind).

Bakterielle Bewegung

Bakterielle Bewegung beinhaltet typischerweise die Verwendung von Flagellen, obwohl es auch einige andere Möglichkeiten gibt (wie die Verwendung von Typ IV Pili zur zuckenden Motilität)., Aber sicherlich ist die häufigste Art der bakteriellen Bewegung Schwimmen, die mit der Verwendung eines Flagellums oder Flagellen erreicht wird.

Die Rotation des flagellaren Basalkörpers erfolgt aufgrund der Protonenmotivkraft, bei der Protonen, die sich an der Außenseite der Zellmembran ansammeln, durch Poren in den Mot-Proteinen getrieben werden und mit Ladungen in den Ringproteinen interagieren, während sie die Membran passieren. Die Wechselwirkung bewirkt, dass sich der Basalkörper dreht und das von der Zelle ausgehende Filament dreht., Die Drehung kann bei 200-1000 U / min erfolgen und zu Geschwindigkeiten von 60 Zelllängen/Sekunde führen (zum Vergleich: Ein Gepard bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 25 Körperlängen/Sekunde).

Die Drehung kann im Uhrzeigersinn (CW) oder gegen den Uhrzeigersinn (CCW) erfolgen, mit unterschiedlichen Ergebnissen für die Zelle. Ein Bakterium bewegt sich vorwärts, wird als „Lauf“ bezeichnet, wenn es eine CCW-Rotation gibt, und orientiert sich zufällig, als „Tumble“ bezeichnet, wenn es eine CW-Rotation gibt.,

Korkenziehermotilität

Einige spiralförmige Bakterien, die als Spirochäten bekannt sind, verwenden aufgrund ihrer ungewöhnlichen Morphologie und flagellaren Konformation eine Korkenziehermotilität. Diese gramnegativen Bakterien haben spezialisierte Flagellen, die sich an einem Ende der Zelle anhaften, sich durch das Periplasma zurück erstrecken und sich dann am anderen Ende der Zelle anhaften. Wenn sich diese Endoflagellen drehen, setzen sie eine Torsion auf die gesamte Zelle, was zu einer Biegebewegung führt, die besonders wirksam ist, um sich durch viskose Flüssigkeiten zu graben.,

Gliding Motility

Gliding motility ist genau wie es klingt, ist ein langsamer und anmutiger Bewegung als die anderen Formen bedeckt, so weit. Gleitmotilität wird von bestimmten filamentösen oder Bazillusbakterien gezeigt und erfordert keine Verwendung von Flagellen. Es erfordert, dass die Zellen in Kontakt mit einer festen Oberfläche sind, obwohl mehr als ein Mechanismus identifiziert wurde. Einige Zellen verlassen sich auf Schleim Antrieb, wo abgesondert Schleim treibt die Zelle nach vorne, wo andere Zellen verlassen sich auf Oberflächenschicht Proteine, um die Zelle nach vorne zu ziehen.,

Chemotaxis

Nachdem wir nun die Grundlagen des bakteriellen Flagellenmotors und der Mechanik des bakteriellen Schwimmens behandelt haben, lassen Sie uns die beiden Themen kombinieren, um über Chemotaxis oder andere Arten von Steuern zu sprechen (nur nicht meine Steuern). Chemotaxis bezieht sich auf die Bewegung eines Organismus in Richtung oder weg von einer Chemikalie. Sie können auch Phototaxis haben, wo ein Organismus auf Licht reagiert. In der Chemotaxis wird eine günstige Substanz (wie ein Nährstoff) als Lockmittel bezeichnet, während eine Substanz mit einer nachteiligen Wirkung auf die Zelle (wie ein Toxin) als Abwehrmittel bezeichnet wird., In Ermangelung eines Lockstoffs oder eines Abwehrmittels wird eine Zelle einen „zufälligen Spaziergang“ machen, bei dem sie zwischen Stürzen und Läufen wechselt und am Ende insbesondere nirgendwo hinkommt. In Gegenwart eines Gradienten eines Typs werden die Bewegungen der Zelle voreingenommen, was im Laufe der Zeit zu einer Bewegung des Bakteriums in Richtung eines Lockstoffs und weg von irgendwelchen Repellentien führt. Wie passiert das?

Lassen Sie uns zunächst behandeln, wie ein Bakterium weiß, in welche Richtung es gehen soll. Bakterien verlassen sich auf Proteinrezeptoren, die in ihre Membran eingebettet sind, sogenannte Chemorezeptoren, die spezifische Moleküle binden., Die Bindung führt typischerweise zu Methylierung oder Phosphorylierung des Chemorezeptors, was einen aufwändigen Proteinweg auslöst, der schließlich die Rotation des flagellaren Motors beeinflusst. Die Bakterien nehmen eine zeitliche Erfassung vor, bei der sie die Konzentration einer Substanz mit der Konzentration vergleichen, die nur wenige Sekunden (oder Mikrosekunden) früher erhalten wurde. Auf diese Weise sammeln sie Informationen über die Ausrichtung des Konzentrationsgradienten der Substanz., Wenn sich ein Bakterium näher an die höheren Konzentrationen eines Lockstoffs bewegt, werden Läufe (diktiert durch CCW-Flagellarrotation) länger, während das Taumeln (diktiert durch CW-Flagellarrotation) abnimmt. Es wird immer noch Zeiten geben, in denen das Bakterium in die falsche Richtung von einem Lockstoff weggeht, da das Taumeln zu einer zufälligen Neuorientierung der Zelle führt, aber nicht sehr lange in die falsche Richtung geht. Der resultierende „voreingenommene zufällige Spaziergang“ ermöglicht es der Zelle, den Gradienten eines Lockstoffs schnell nach oben zu bewegen (oder den Gradienten eines Abwehrmittels nach unten zu bewegen).,