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Struktur, Aufbau und Übertragung von DNA zwischen Bakterien

von Lena Presche (Autor)
Facharbeit (Schule) 2016 18 Seiten

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1. Gestalt und Größe von Bakterien

2. Überblick über Bau und Funktion der Bakterien

3. Genetische Rekombination bei Bakterien durch Transformation
3.1 Genetische Rekombination bei Bakterien
3.2 Entdeckung der Transformation durch Fredrick Griffith
3.2.1 Ablauf der Transformation

4. Vergleich zwischen Bakterien und Viren mit Schwerpunkt auf Vermehrung und Stoffwechsel
4.1 Vermehrung von Bakterien und Viren
4.2 Stoffwechsel von Bakterien und Viren

5. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Einleitung

Bakterien sind winzige Mikroorganismen, auch Mikroben genannt, die mit dem bloßen Auge meist nicht zu erkennen sind. Die Bezeichnung “Bakterium” umfasste daher anfangs alle einzelligen Organismen, die mikroskopisch sichtbar sind. Die wissenschaftliche Lehre von Mikroorganismen bezeichnet man im Allgemeinen als Mikrobiologie. Dem Holländer Antonie von Leeuwenhoek gelang es im Jahre 1676, mit einem selbstgebauten Mikroskop, erstmals Bakterien zu beobachten.[1] Für diese Errungenschaft wird er heute auch als “Vater der Mikrobiologie” bezeichnet. Seine ersten Beschreibungen einzelliger Lebewesen legten den Grundstein für viele andere Mikrobiologen, wie z.B. Robert Koch und Louis Pasteur, deren wissenschaftliches Leben der Erforschung von Bakterien und Krankheitserregern galt. Bakterien zählen zu den ältesten Lebensformen auf der Erde und sind überall zu finden. Es gibt sie zahlreich in Wasser und Erde, und ungefähr 1.5 Kilo verschiedenster Bakterien besiedeln den menschlichen Darm.[2] Diese winzigen Lebewesen existieren meist im Einklang mit dem Menschen können aber auch zu gefährlichen Feinden werden und lebensbedrohliche Krankheiten verursachen. Bakterien sind faszinierende winzige Lebewesen und in dieser Arbeit möchte ich einige Aspekte wie Bakteriengestalt, Aufbau und die Übertragung von DNA zwischen Bakterien näher beschreiben. Abschließend werde ich einen Vergleich zwischen Bakterien und Viren mit den Schwerpunkten Vermehrung und Stoffwechsel vornehmen.

Diese Arbeit sollte der Vorbereitung meines Praktikums am Karolinska Institut in Stockholm dienen. Dort hätte ich die Möglichkeit gehabt, Grundlagen des naturwissenschaftlichen und mikrobiologischen Arbeitens zu erlernen.

Meine Kusine arbeitet dort als Wissenschaftlerin und beschäftigt sich tagtäglich mit dem Phänomen Bakterienwelt. Sie erzählt mir viel von ihrer Arbeit in der Forschung und so ist in mir der Wunsch gereift, mich intensiver mit dieser Thematik auseinanderzusetzen.

1. Gestalt und Größe von Bakterien

Bakterien existieren in zahlreichen unterschiedlichen Formen und auch Ihre Größe kann zwischen verschiedenen Bakterienarten variieren. Grundsätzlich unterscheidet man vier Grundarten:[3]

1. kugelförmige Bakterien (Kokken)
2. kommaförmige Bakterien
3. stäbchenförmige Bakterien
4. spiralförmige Bakterien (Spirillen)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Übersicht über verschiedene Bakterien Formen[4]

2. Überblick über Bau und Funktion der Bakterien

Bakterien sind einzellige, sehr kleine Organismen. Einige von ihnen bilden durch Aneinanderreihungen einzelner Zellen fadenförmige Zellverbände. Die Zellgröße schwankt zwischen 1µm und 5µm, sehr kleine Formen sind nur 0,2µm, sehr große Formen bis 100µm groß.[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Übersicht über den Bau von Bakterien[6]

Häufig besitzen Bakterien eine Schleimschicht, die stark wasserhaltig ist und ein Zusammenlagern zu Bakterienkolonien ermöglicht. Sie wird als zusätzlichen Schutz ausgebildet. Die meisten Bakterien verfügen auch über eine Zellwand, die dem Bakterium eine bessere Struktur und guten Schutz bietet. Die Zellwand wirkt zudem als Filter. Außerdem dient sie vor allem als Druckbehälter, da sie das Platzen des Bakteriums verhindert, wenn Wasser eindringen sollte. Einige Bakterien besitzen auch Vesikel, welche in der Zelle gelegene kleine Bläschen sind. In ihnen laufen verschiedene zelluläre Prozesse ab. Auch für den Transport vieler Stoffe in der Zelle, sind sie besonders wichtig. Jedes Bakterium besitzt eine Zellmembran, die das Zellinnere umgibt. An ihr findet vor allem ein Stoffaustausch statt.

Das Cytoplasma, welches auch in jedem Bakterium enthalten ist, ist eine flüssige Struktur, in der sich die Zellorganellen befinden. Das so genannte Kernäquivalent ist das größte in sich geschlossene DNA-Molekül eines Bakteriums, welches die Erbinformation des Bakteriums beinhaltet. Es gibt auch kleinere, ringförmige DNA-Moleküle, welche Plasmide heißen. Die Ribosomen sind auch in jedem Bakterium enthalten und übernehmen eine besonders wichtige Aufgabe. Sie sind für die Herstellung von Proteinen aus Aminosäuren zuständig. Einige Bakterien besitzen auch noch eine Geißel, welche ein fadenförmiges Anhängsel des Bakteriums ist und zur Fortbewegung freischwimmender Bakterien dient.[7]

3. Genetische Rekombination bei Bakterien durch Transformation

3.1 Genetische Rekombination bei Bakterien

Menschen können im Gegensatz zu Bakterien ihre DNA nur an die nächste Generation, das heißt an ihre Kinder weitergeben. Dieser Prozess wird daher als vertikaler Gentransfer bezeichnet. Bakterien dagegen sind in der Lage, genetisches Material miteinander auszutauschen. In diesem Vorgang, auch horizontaler Gentransfer genannt, können kurze DNA Stücke oder Plasmide zwischen Bakterien übertragen werden. Dieser Austausch ermöglicht Bakterien, sich optimal an ihre Umwelt anzupassen und zu vermehren.

Grundsätzlich unterscheidet man drei Arten der Übertragung von genetischem Material in Bakterien: Konjugation, Transduktion und Transformation. Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Vorgang der Transformation, die im Folgenden näher beschrieben werden soll.[8]

3.2 Entdeckung der Transformation durch Fredrick Griffith

Vollständiger Name: Frederick Griffith

Geboren: 1879, Hale, Großbritaanien

Gestorben: 1941, London, Großbritaanien

Ausbildung: University of Liverpool

Frederick Griffith war ein britischer Mediziner und Bakteriologe. Er arbeitete als Bakteriologe im Pathologie-Labor des britischen Gesundheitsministeriums in London und starb in seinem Labor bei einem deutschen Bombenangriff auf London 1941.[9]

Das 1928 von Frederick Griffith durchgeführt Griffiths Experiment, war der erste Nachweis der Transformation bei einem Bakterium, also der Übertragung von genetischer Information zwischen Bakterien.

Frederick Griffith experimentierte dabei mit dem Bakterium Streptococcus pneumoniae, das bei Mäusen Lungenentzündungen hervorruft. Dieses Bakterium kommt in zwei Varianten vor: als "S-Zellen" (engl. smooth, glatt), die Schleimkapseln bilden können und daher im Lichtmikroskop glatt erscheinen sowie krankheitserregend sind. Die "R-Form" (engl. rough, rau) dagegen hat die Fähigkeit zur Kapselbildung verloren, erscheint rau und ist nicht pathogen, da sie wegen der fehlenden Schutzkapsel vom Immunsystem der Maus erkannt wird.

Das Griffith-Experiment besteht aus folgenden vier Schritten und ist in Abbildung 4 zusammengefasst:

1. Mäuse, denen Pneumokokken der S-Form injiziert werden, erkranken an Lungenentzündung.
2. Mäuse, denen Pneumokokken der R-Form injiziert werden, bleiben gesund.
3. Durch Hitze abgetötete Pneumokokken der S-Form werden injiziert. Die Tiere erkranken nicht. Tote Pneumokokken sind demnach nicht pathogen.
4. Wird Mäusen die abgetötete S-Form zusammen mit der lebenden R-Form injiziert, erkranken sie und sterben. Im Blut der erkrankten Mäuse können lebende Bakterien der S-Form nachgewiesen werden.[10]

[...]


[1] Vgl. http://www.wissenschaft.de/home/56/12054/1207442/, 6.12.2015, 17.53 Uhr.

[2] Vgl. http://blog.provitaspharma.com/magen-darm-und-darmflora/,30.11.2015, 10.54 Uhr.

[3] Vgl. http://www.abipur.de/referate/stat/644909926.html, 24.10.2015, 11.18 Uhr.

[4] Abb.1 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Morphologie_bei_

Bakterien.svg, 3.12.2015, 15.23 Uhr.

[5] Vgl. Prof. Dr. Dietrich u.a.(Hg.): Wissensspeicher Biologie. Verlag Volk und Wissen 1981, S.21.

[6] Abb.2 http://www.chemie-macht-spass.de/konservierungsstoffe/09.gif, 20.11.2015, 14.45 Uhr.

[7] Vgl. http://www.frustfrei-lernen.de/biologie/bakterien-aufbau-zellen.html, 23.10.2015, 17.20 Uhr.

[8] Vgl. http://www.Genetische-Rekombination-bei-Bakterien.php.de, 30.11.2015, 11.10 Uhr.

[9] Vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Frederick_Griffith, 24.10.2015, 15.50 Uhr.

[10] Vgl. Kollmann, Albert: Abitur-Wissen Biologie. Genetik. Stark Verlagsgesellschaft 2000. S.97ff.

Details

Seiten
18
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668727564
ISBN (Buch)
9783668727571
Dateigröße
1.8 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v428679
Note
1,3
Schlagworte
Bio DNA Übertragung Bakterien Aufbau Struktur

Autor

  • Lena Presche (Autor)

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Titel: Struktur, Aufbau und Übertragung von DNA zwischen Bakterien