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Merkblatt zur Einführung in die Taxonomie der BakterienArchaebakterien(Archaeobactaeria, Archaea) früher als Abt. 4 der Eubakterien: „Mendosicutes“ (mendosus lat: Fehler besitzend, abartig) Das Urreich der Archaebakterien gliedert sich in 15 bis 20 Phyla bzw. Zweige (Abb. 1). Physiologisch/morphologisch können 5 Gruppen unterschieden werden: I. Methanogene anaerobe Atmung mit CO2 als H-Akzeptor, CO2 + H2 CH4 anstelle von H2 können auch niedermolekulare organische Substanzen (Formiat, Acetat u. a.) als H-Donatoren dienen. Vorkommen: Sümpfe, Sedimente, Pansen, Biogasanlagen Beispiel: Methanobacterium II. Sulfatreduzierer zu den Archaebacterien gehören hyperthermophile Sulfatreduzierer, die bei 140 °C lebensfähig sind; alle anderen Gruppen von Sulfatreduzierern gehören zu den Eubakterien Beispiel: Archaeoglobus (vgl. Abb. 2) III. Extrem Halophile extrem halophile Archaebakterien; Optimum: 12 – 23 % NaCl, Maximum: 32 % (= gesätt. Salzlösung); z. T. Lichtnutzung und phototrophe ATP-Bildung mittels Bacteriorhodopsin, das in der sogen. „Purpurmembran“ lokalisiert ist. Beispiel: Halobacterium IV. Zellwandlose Beispiel: Thermoplasma (nur CM vorh.) V. Extrem thermophile Schwefel-Verwerter a) extrem thermophil (85 – 105 °C); Nutzung von CO2 (od. CO) und H2 z. T. S° H2S (S°-Reduktion) b) acidophil in sauren Wässern S° SO42- (Schwefelsäureproduktion, S°-Oxidation) Beispiel: Sulfolobus (vgl. Abb. 2), Desulfurococcus, Thermoproteus Die Gruppe I bis IV stellen den 1 Hauptzweig der Archaebacterien dar (= Euryachaeota). Gruppe V stellt den 2. Hauptzweig der Archaebakterien (= Crenarchaeota) dar. Eubakterien (Eubacteria, Bacteria) Das Urreich der Eubakterien gliedert sich in ca. 20 Phyla bzw. Zweige (Abb. 3). Die meisten Zweige der Eubakterien sind gramnegativ nur 1 – 2 Zweige sind grampositiv (letztere umfassen aber sehr viele Gattungen bzw. Arten). Aquifex/Hydrogenobacter-Zweig tiefster Abzweig der Eubakterien, hyperthermophile MO, anaerob bis microaerophil, obligat chemolithiptroph (H2-Oxidation). H2, S° oder S2O3- als H-Donator NO3- als H-Akzeptor Thermotoga-Zweig extrem thermophil (ursprüngliches Merkmal), weitverbreitet in heißen Quellen besitzen zusätzliche Hülle um Zellwand („Toga“); keine DAP in Murein; in Lipiden: langkettige Dicarbonsäuren als Besonderheit. Oxyphotobacteria 1. Gruppe: Cyanobakterien (ältere Bez.: Baualgen)
2. Gruppe: Prochlorales besitzen Chlorophyll a und b (ohne Phycobiline) – wie grüne Pflanzen Vorkommen als extrazelluläre Symbionten von marinen Seescheiden (vgl. Abb. 5: evolutionäre Beziehungen zu grünen Pflanzen) Beispiel: Prochloron Anoxyphotobacteria
(Chlorobiaceae, Chlorobacteriaceen); oliv bis grün S° als Zwischenprodukt der anaeroben Photosynthese abgelagert; i. d. R. extern, d. h. außerhalb der Zellen Beispiel: Chlorobium 2. Gruppe: Schwefelfreie grüne Bakterien (eigenes Phylum) (Chloroflexaceae); grün, i. d. R. als Filamente, oft in heißen Quellen Beispiele: Chloroflexus, Heliothrix (lebt symbiontisch) 3. Gruppe: Schwefelfreie Purpurbakterien (zu Proteobakterien, i. d. R. -Gruppe) (Athiorhodaceae, Rhodospirillaceae); rot/braun, keine S-Ablagerung bei H2S-Nutzung Beispiele: Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodocyclus (ß-Gr.), Rhodomicrobium (vgl. Abb. 7). 4. Gruppe: Schwefelhaltige Purpurbakterien (zu Proteobakterien, -Gr.) (Thiorhodaceae, Chromatiaceae); rot/braun; S als Zwischenprodukt abgelagert, i. d. R. intern (in den Zellen) Beispiele: Chromatium, Thiospirillum (vgl. Abb. 8) Massenentwicklung in oberer Schicht v. H2S-haltigem Tiefenwasser (Abb. 9). 5. Gruppe: Heliobakterien (zu grampositiven Bakterien) Beispiel: Heliobacterium Deinococcus/Thermus-Zweig Deinococcus: strahlungsresistente Zellen (hocheffiziente Rep.-systeme) Thermus: thermophile Bakterien (z. T. techn. Enzymproduzenten) Planctomyces-Zweig Sprossende Bakterien, ohne Peptidoglykan Gleitende Bakterien besondere Art der Fortbewegung: gleiten auf Oberflächen (ohne Geißeln); Vorkommen in Boden, Dung, auf verrottenden Pflanzen, Rinde, selten auch im Wasser; gehören zu verschiedenen Phyla: 1. Gruppe: Cytophaga/Flavobacterium/Bacteroides-Zweig: Bacteroidetes keine Photosynthese, davon nur bestimmte Gattungen gleitend: Cytophaga: Abbau vieler Stoffe (Zellulose, Lignin, Chitin, Agar) Flexibacter: fischpathogene Bakt. Flavobacterium: gelbe Farbstoffe bildend, kaum gleitend, aber verwandt mit vorherigen Gattungen Bacteroides: nicht gleitend, anaerob (Gärung), Darmbewohner 2. Gruppe: Cyanobacteria (bereits behandelt, s. o.) 3. Gruppe: Vertreter des Phylums Proteobacteria (s. u.) Myxobacterium: bilden als einzige Bakterien Fruchtkörper: 0,1 – 0,5 mm groß (makroskop. sichtbar, oft lebhaft gefärbt), entstehen durch Zusammenkriechen der Zellen (Abb. 10); bilden Ruhezellen: Myxosporen (Abb. 11), oft bakteriolytische Wirkung: Überfließen und zersetzen andere Bakterienkolonien Beggiatoa: blaualgenähnliche filamentöse Formen (aber ohne Photosynthese), keine Fruchtkörper Spirochaeten schraubige, flexible und stark bewegliche Bakterien mit periplasmatischen Geißeln; dadurch korkenzieherartige Bewegungen in hoch viskösen Medien (Serum) und auf Oberflächen möglich; sehr geringe Durchmesser – dadurch schlecht sichtbar im Hellfeld-Mikroskop, saprophyt. od. parasit. Lebensweise CM + ZW outer CM periplasmat. Fibrillen (= Endogeißeln, = periplasmat. Geißeln) Die Gesamtheit aller periplasmat. Geißeln wird Axialfilament (od. Axostyle) benannt. Beispiele: Spirochaeta plicatilis: Sedimente u. Gewässer (saprophyt.) Treponema pallidum: Syphilis (parasit.) Borrelia recurrentis: Rückfallfieber (Vektoren: Läuse) Borrelia burgdorferi: Lyme-Krankheit (Vektoren: Zecken) Leptospira interrogans: Leptospirosen der Haustiere, z. T. Übertragung auf Mensch (Badeanstalten mit wenig Chlor i. Wasser); Fieber, Nieren- und Leberentzündungen (z. T. latent mehrere Monate) Chlamydien obligate intrazelluläre Parasiten, kein Peptidoglykan, keine Cytochrome u. Atmungskettenenzyme, eigener Baustoffwechsel aber ATP-Schmarotzer, sehr kleines Genom (1/5 bis 1/8 v. E. coli), versch. menschl. u. tier. Erkrankungen. Beispiel: Chlamydia trachomatis: Trachom Chlamydia psittaci: Papageienkrankheit Eine ähnliche Lebensweise wie Chlamydien (als obligate intrazelluläre Parasiten) haben Rickettsien; letztere sind aber nicht verwandt mit dem Phylum der Chlamydien, sondern gehören zu den Proteobakterien (s. u.). Proteobakterien große Bakteriengruppe mit ca. 300 Gattungen; gliedern sich in Alpha-, Beta-, Gamma-, Delta- und Epsilon-Subgruppe. 1. Gruppe: Scheidenumhüllte Bakterien (sheated bacteria) bilden lange Scheiden, in denen die stäbchenförmigen Bakterien wie in einer Röhre leben, Scheiden können bei Wachstum sehr lang werden (bis cm-Bereich) und bilden fellartige Beläge in Abwasser in Röhren und Gräben (bes. bei Nährstoffüberschuss), z. T. Schäden in der Wasserwirtschaft (Verstopfungen, Aufwuchs auf Wassertieren u. Pflanzen, z. T. sogar Fischaugen; O2-Mangel bei Fischeiern verursachend). Beispiel: Spaerotilus natans (Trivialname: „Abwasserpilz“) 2. Gruppe: Sprossende Bakterien/Bakterien mit Anhängern (prothekate Bakterien) Hyphomicrobium: sprossend, Tochterzellen an lebenden Stielchen bilden z. T. Häutchen auf Wasserbädern Caulobacter: bohnenförmige Zellen mit Stielen, die sich am Ende mit Anheftungsstellen an feste Oberflächen anlegen können Gallionella: stäbchen- bis bohnenförmige Zellen bilden an Breitseite Exkretstiele (kein lebendes Material), nicht festsitzend, Stiele aus Schleimfibrillen und Eiseninkrustierungen. 3. Gruppe: Spirillen/gebogene Stäbchen schraubenförmige unflexible Zellen mit starrer Zellwand, z. T. lophotrich begeißelt; z. T. microaerophil Beispiele: Spirillum: spiralförmig, saprophyt, ß Campylobacter: gebogen, parasit.; Durchfälle bei Mensch und Tieren, Abort bei Schafen und Rindern, Übertragung z. B. durch nicht-pasteurisierte Milch, Aquaspirillum: spiralf., saprophyt. i. Wasser, ß Azospirillum: spiralf., N2-Fixierer(bei Graswurzeln u. a.), Bdellovibrio: kleine gebog. Stäbchen, parasitieren an anderen gramnegativen Bakterien, ganze Zelle dringt in Periplasma v. Wirtsbakterien ein und löst Wirtsbakterienzellen auf (Plaque-Bildung), 4. Gruppe: Aerobe Stäbchen und Kokken Pseudomonas: monopolar begeißelte Stäbchen, Abbau vieler Stoffe (Cellulose, Lignin, Kohlenwasserstoffe; Aromaten, Detergentien, Herbizide u. a. Umweltchemikalien, bilden z. T. grün fluoreszierende Farbstoffe wie Fluorescein (= Pyoverdin), oder blaue nicht-fluoresz. Farbstoffe wie Pyocyanin, selten pflanzenpathogen. Xanthomonas: gelbe Pigmente, generell pflanzenpathogen Azotobacter: freilebende N2-Fixierer, Ca++-Bedarf, können dickwandige Zysten bilden Rhizobium: symbiontische N2-Fixierer, „Knöllchenbakterien“ der Leguminosen, zu „Rhizobakterien“ Agrobacterium: Erreger des Pflanzenkrebses, besitzt das Ti-Plasmid (Ti = Tumoren induzierend) Acetobacter: Gluconobacter: Brucella: Brucellosen der Haustiere; seuchenhaftes Verwerfen Neisseria gonorrhoeae: Erreger des Trippers Methylococcus: methylotrophe Bakterien (Methan/Methanol-Ox.) 5. Gruppe: fakultativ anaerobe Stäbchen Gärung unter Luftabschluss (versch. Formen v. Gärungen), oft im Darm (= Enteron) vorkommend, daher als Enterobacteriaceae bezeichnet. Escherichia coli: Modellobjekt der Mikrobiologie, einer der am besten untersuchten Organismen der Welt, Fäkalanzeiger im Trinkwasser, selten pathogen: bestimmte Stämme verursachen Durchfälle bei Kindern oder Reise-Diarrhoe Shigella: Ruhr-Erreger Salmonella: Erreger v. Typhus (Mensch), Paratyphus (bes. Tiere) oder Enteritis (daher: TPE-Erreger) Salmonella typhi Salmonella paratyphi Salmonella typhimurium Salmonella enteritidis sowie 2 000 weitere Sarovare wichtige Keime für Hygienekontrollen, Verbreitung über verschmutztes Wasser oder Lebensmittel Serratia marcescens: bildet rotes zellgebundenes Pigment: Prodigiosin Yersinia pestis: Pesterreger, Übertragung z. T. durch Flöhe Beulenpest: Ratten Mensch (Rattenflöhe) Lungenpest: Mensch Mensch (Tröpfcheninfektion) Proteus: typ. saprophyt. Bakterien, H2S-Produzent 6. Gruppe: Vibrionen und Verwandte Vibrio cholerae: Cholera-Erreger Photobacterium: sendet Licht aus, marine Biotope 7. Gruppe: Chemolithotrophe Bakterien Nutzung von anorganischen H-Donatoren Beispiele: Nitrosomonas: NH4 NO2- Nitrobacter: NO2- NO3- Thiobacillus: H2S/S° SO42-, z. T. acidophil techn. Nutzung zur Laugung v. Armerzen („Leaching“) 8. Gruppe: Sulfat- und Schwefelreduzierer (Desulfurikanten) Anaerobe Atmung mit Sulfat oder Schwefel als e-Akzeptor, obligate Anaerobier (Sedimente v. Gewässern) Beispiel: Desulfovibrio: SO42- H2S (NAD-Regeneration) H2S reagiert mit Metallen unter Sulfidbildung (schwarze Färbung v. Sedimenten) Grampositive Bakterien (Firmicutes; lat. firmus = fest, stark; bezogen auf Murein) 1. Gruppe: Asporogene Kokken Micrococcus flavus: Saprophyt, gelbe Pigmente Staphylococcus aureus: oft als Eitererreger, gelblich Streptococcus pyogenes: oft Eitererreger, weißlich, bildet hydrolyt. Enzyme u. Toxine; zu „humanpathogenen Streptokokken“ Streptococcus mutans: Erreger der Karies; zu „oralen Streptococcen“ Lactococcus lactis: Milchsäure-Bakterium; wichtig als Starterkultur der Herstellung von Milchprodukten (Sauerrahm-Butter); zu „Milch-Streptococcen“ Leuconostoc mesenteroides: Milchsäure-Bakterien, ebenfalls in Milchindustrie verwendet 2. Gruppe: Endosporen bildende Stäbchen und Kokken Bacillus subtilis: aerob, Heubazillus Clostridium: anaerob Clostridium botulinum: Lebensmittel-Vergifter (Botulismus), bildet das hochtoxische Botulinus-Toxin; 1 mg ist letale Dosis für 18 0000 Menschen oder 20 Millionen Mäuse Clostridium tetani: Tetanus-Errger (Wundstarrkrampf) 3. Gruppe: Asporogene Stäbchen Lactobacillus plantarum: Sauerteig, Silage, Sauerkraut, andere Arten: Milchsäuerung (z. T. als Starter) Listeria: z. T. pathogene Arten Listeriose, versch. Krankheitsbilder, bes. bei geschwächten Personen: Grippe, hohes Fieber, Gehirnhautentzündung, Hautveränderungen, Fehl- und Frühgeburten 4. Gruppe: Actinobacteria/Thallobacteria unregelmäßige Stäbchen, z. T. auch Filamente und Myzelien bildendend Corynebacterium: unregelmäß. Stäbchen, z.T. keulenförmig, C. diphteriae (Diphtherie) Mycobacterium: schlanke Stäbchen, M. tuberculosis, M. bovis (Tuberkulose) Nocardia: lange verzweigte Fäden, die wieder in Einzelzellen zerfallen können, Streptomyces: Mycelien bildend (Substratmycel + Luftmyzel), typ. Bodengeruch von Kulturen (Geosmin), Bildung vieler Antibiotika. 5. Gruppe: Mycoplasmen (Mollicutes) keine echte Zellwand, nur CM (daher resistent gegen Penicillin), stark pleomorph, erscheint in Gram-Färbung gramnegativ, nach rRNA-Daten aber verwandt mit Clostridien, sehr kleine Zellen (0,2 m) und kleines Genom, auf künstl. Medien; spiegeleiartige Kolonien (Mitte erhaben), z. T. Steroidbedarf, saprophyt. oder parasit. Lebensweise. Beispiel: Mycoplasma pneumoniae: grippeähnl. Infekt/atyp. Pneumonie ||
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Microbial
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Jörg Bernhardt, phone +49 3834 864202, bernhard@microbio2.biologie.uni-greifswald.de 20.03.2000 |
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