Lernzettel Mikrobiologie
• Mikrobiologie beschäftigt sich mit Mikroorganismen, Viren und Prionen
• so klein, dass man es mit einem Elektronenmikroskop betrachten muss
• Prokaryonten (Bakterien, Archaeen), Protisten (Eukaryontische Einzeller, Wenigzeller) und
Pilze
Virologie
Welche Anforderungen sollte ein Lebewesen erfüllen?
• Fähigkeit zur selbstständigen Vermehrung, Stoffwechsel
Merkmale zellulären Lebens
• Abgrenzung durch cytoplasma-Membranen
• DNA als Informationsträger
• RNA als Informationsweitergeber
Sind Viren Lebewesen?
→ Nein, Vermehrung nur mit Hilfe von Zellen möglich
Definition Virus
Virusphäre= Gesamtheit aller Viren auf der Erde (geschätzt auf 1031 Viren-Partikel)
• alle Viren haben meist mindestens einen Virus → min. 1,8 Millionen Arten von Viren
• alle Zellen enthalten kryptische oder intakte virale Genome
PFU/plaque forming units= Anzahl infektiöser und damit in einem
Bakterienrasen Plaques bildender Phagenpartikel (Bakteriophagen) in einer gegebenen Suspension
Aufbau von Viren
• immer enthalten: Genom aus DNA oder RNA
→sehr kompakter Aufbau
◦ linear, zirkulär oder sgmentiert lineare Genome
→überlappende Gene – eine Sequenz kodiert für
mehrere Proteine
• optional: Kapsid-proteine, Enzyme, Phospholipide
der Membranhülle
• geometrische Anordnung der Proteine der Kapside →
Ikosaeder (20-seitig)
• Spontane Assemblierung (Aufbau der Kapsidhülle) aus
Kapsid-untereinheiten
• Aufbau wird immer komplexer mit Komplexität der
Wirtszelle selbst
Einteilung der tierspezifischen Viren nach Baltimore:
1. Doppelstrangige DNA (dsDNA)
2. einzelsträngige DNA (ssDNA)
3. doppelsträngige RNA (dsRNA)
4. Einzelsträngige RNA (“+”-ssRNA) → dient als mRNA
5. einzelsträngige RNA (“-”-ssRNA) → Matrize für die mRNA-Synthese
6. einzelsträngige RNA (ssRNA) → Matrize für die DNA-Synthese
Aufbau von Bakteriophagen
• Viren von Bakterien
• Kopfschwanz-Phagen mit der DNA (ds oder ss) im Kopf und Schwanzfasern zum
Injektieren und erkennen der Wirtszelle
Vermehrungszyklen von Viren
1. Erkennung einer Wirtszelle, Bindung dessen
2. Eintritt des Virusgenoms in die Wirtszelle
3. Umprogrammierung der Zielzelle
◦ Inhibierung von Abwehrmechanismen
◦ Synthese viraler Proteine
◦ Replikation des viralen Genoms
, 4. Assemblierung neuer Viruspartikel in Wirtszelle
5. Freisetzung neuer Viruspartikel aus Wirtszelle
→ zum Teil Schädigung der Wirtszelle durch Virusvermehrung
Vermehrungszyklus von Bakteriophagen
1. Anlagerung der Phage
2. Injektion von DNA in Bakterienrasen
◦ kein Eintritt des Viruspartikels
3. Abbau der Wirts-DNA
4. Replikation der DNA und Synthese von Phagen-Proteinen
◦ mithilfe von Enzymen der Wirtszelle
5. Assemblierung neuer Phagen-Partikel
◦ drei verschiedene Sätze von Proteinen lagern sich zu neuen Phagenköpfen, schwänzen
und fasern zusammen “Selbstassemblierung”
6. Zellaustritt
◦ Phage regt Enzym an, dass die Bakterienzellwand beschädigt → platzt und
Phagenpartikel werden freigesetzt
◦ ohne Lyse der Wirtszelle
lytischer Zyklus= s.o.
lysogener Zyklus= Ruhephase, die Prophage teilt sich heimlich mit und wird bei Bedarf erst
“aktiviert”
• durch zahlreiche Zellteilungen bildet sich eine große, mit den Prophagen infizierte
Bakterienpopulation
Prokaryotische Abwehr gegen virale Infektion
→ Restriktionsendonukleasen
- schneiden Phagen nicht-methylierte DNA (die somit als Fremd-DNA angesehen wird)
→ CRISPR/Cas-Systeme
-Immunisierung durch Infektion
-vererbbare Immunität
Viren von eukaryotischen Organismen
• im Grunde selbes Verfahren wie bei Prokaryoten
• Problem stellt allerdings Kompartimentierung dar, da die
virale DNA erst in den Zellkern transportiert werden muss
, ◦ das trifft nicht zu bei viraler RNA , da diese im Cytoplasma synthetisiert werden kann
Vermehrungszyklen von Influenza-Viren
1. segmentierte einzelstrang RNA Genom
2. Eintritt der RNA Nukleocapsid-Proteine
3. Umschreiben der viralen – Strang RNA in + Strang RNA
4. Synthese viraler Proteine
• saurer PH-Wert sorgt für eine Informationsänderung von Proteinen
5. Replikation der viralen Genomsegmente
6. Assemblierung neuer Viruspartikel an der Plasmamembran
Vermehrungszyklen von HIV – Retrovirus
1. RNA Genom, Rezeptorerkennung und Fusion Virushülle mit
Membran Wirtszellen
2. Freisetzung des Genoms in das Cytoplasma
3. Reverse Transkription katalysiert Synthese in cDNA
4. Integration des viralen ds DNA Genoms in Genom des Wirts
5. Transkription von proviralen Gene → RNA-Moleküle
6. Translation eines Polyproteins
7. Prozessierung
8. Umschließung der Virusgenome und Reverse Transkriptase mit
Kapsiden
9. Freisetzung durch Knospung an Zytoplasmamembran
• viele Krankheiten sind virusbedingt, aber durch Impfungen
vermeidbar
• Überschreitung von Artengrenzen der Wirte lässt Viren schnell
verbreiten
immun-naiv= kein vorheriger Kontakt mit Erreger und somit keine Immunität dagegen (zB. SARS-
CoV-2)
SARS -CoV2 – Vermehrungszyklus
-umhülltes Virus ohne Kapsidproteine
1. ss RNA “+” Strang-Genom
• entspricht der mRNA und kann sofort mit der Synthese
losgehen
2. Rezeptorerkennung über Spike-Proteine ACE-2 und
Fusion Virushülle mit Membran Wirtszellen
3. Freisetzung des Genoms in das Cytoplasma
4. Synthese Polyprotein & Prozessierung
5. Synthese “–“ Strang ss RNA
6. Synthese “+” Strang ss RNA
7. Assemblierung von Viren im Golgimit RNAGenom
8. Freisetzung durch Knospung an Zytoplasmamembran
Viroide: infektiöse ss RNA, Genom ohne Kapside die sich
hauptsächlich auf Pflanzen vermehren
Prionen: Mutierte, zelleigene Proteine induzieren Aggregation
und Zellschäden, wobie die Aufnahme des mutierten Proteins zur
Erkrankung führt
Mimivirus/ giant viruses: größer als andere Viren, mit
Lichtmikroskop sichtbar, DNA und RNA als Genom und in
Amöben identifiziert
Virophagen: Viren, die Mimiviren infizieren
Mikroorganismen, Diversität und Lebensräume
• im Vergleich zu Eukaryoten sind Prokaryoten 10x kleiner, Virus 10-100x kleiner
• Prokaryoten waren die ersten Besiedler der Erde vor ca. 4 Millarden Jahren
• Mikrobiologie beschäftigt sich mit Mikroorganismen, Viren und Prionen
• so klein, dass man es mit einem Elektronenmikroskop betrachten muss
• Prokaryonten (Bakterien, Archaeen), Protisten (Eukaryontische Einzeller, Wenigzeller) und
Pilze
Virologie
Welche Anforderungen sollte ein Lebewesen erfüllen?
• Fähigkeit zur selbstständigen Vermehrung, Stoffwechsel
Merkmale zellulären Lebens
• Abgrenzung durch cytoplasma-Membranen
• DNA als Informationsträger
• RNA als Informationsweitergeber
Sind Viren Lebewesen?
→ Nein, Vermehrung nur mit Hilfe von Zellen möglich
Definition Virus
Virusphäre= Gesamtheit aller Viren auf der Erde (geschätzt auf 1031 Viren-Partikel)
• alle Viren haben meist mindestens einen Virus → min. 1,8 Millionen Arten von Viren
• alle Zellen enthalten kryptische oder intakte virale Genome
PFU/plaque forming units= Anzahl infektiöser und damit in einem
Bakterienrasen Plaques bildender Phagenpartikel (Bakteriophagen) in einer gegebenen Suspension
Aufbau von Viren
• immer enthalten: Genom aus DNA oder RNA
→sehr kompakter Aufbau
◦ linear, zirkulär oder sgmentiert lineare Genome
→überlappende Gene – eine Sequenz kodiert für
mehrere Proteine
• optional: Kapsid-proteine, Enzyme, Phospholipide
der Membranhülle
• geometrische Anordnung der Proteine der Kapside →
Ikosaeder (20-seitig)
• Spontane Assemblierung (Aufbau der Kapsidhülle) aus
Kapsid-untereinheiten
• Aufbau wird immer komplexer mit Komplexität der
Wirtszelle selbst
Einteilung der tierspezifischen Viren nach Baltimore:
1. Doppelstrangige DNA (dsDNA)
2. einzelsträngige DNA (ssDNA)
3. doppelsträngige RNA (dsRNA)
4. Einzelsträngige RNA (“+”-ssRNA) → dient als mRNA
5. einzelsträngige RNA (“-”-ssRNA) → Matrize für die mRNA-Synthese
6. einzelsträngige RNA (ssRNA) → Matrize für die DNA-Synthese
Aufbau von Bakteriophagen
• Viren von Bakterien
• Kopfschwanz-Phagen mit der DNA (ds oder ss) im Kopf und Schwanzfasern zum
Injektieren und erkennen der Wirtszelle
Vermehrungszyklen von Viren
1. Erkennung einer Wirtszelle, Bindung dessen
2. Eintritt des Virusgenoms in die Wirtszelle
3. Umprogrammierung der Zielzelle
◦ Inhibierung von Abwehrmechanismen
◦ Synthese viraler Proteine
◦ Replikation des viralen Genoms
, 4. Assemblierung neuer Viruspartikel in Wirtszelle
5. Freisetzung neuer Viruspartikel aus Wirtszelle
→ zum Teil Schädigung der Wirtszelle durch Virusvermehrung
Vermehrungszyklus von Bakteriophagen
1. Anlagerung der Phage
2. Injektion von DNA in Bakterienrasen
◦ kein Eintritt des Viruspartikels
3. Abbau der Wirts-DNA
4. Replikation der DNA und Synthese von Phagen-Proteinen
◦ mithilfe von Enzymen der Wirtszelle
5. Assemblierung neuer Phagen-Partikel
◦ drei verschiedene Sätze von Proteinen lagern sich zu neuen Phagenköpfen, schwänzen
und fasern zusammen “Selbstassemblierung”
6. Zellaustritt
◦ Phage regt Enzym an, dass die Bakterienzellwand beschädigt → platzt und
Phagenpartikel werden freigesetzt
◦ ohne Lyse der Wirtszelle
lytischer Zyklus= s.o.
lysogener Zyklus= Ruhephase, die Prophage teilt sich heimlich mit und wird bei Bedarf erst
“aktiviert”
• durch zahlreiche Zellteilungen bildet sich eine große, mit den Prophagen infizierte
Bakterienpopulation
Prokaryotische Abwehr gegen virale Infektion
→ Restriktionsendonukleasen
- schneiden Phagen nicht-methylierte DNA (die somit als Fremd-DNA angesehen wird)
→ CRISPR/Cas-Systeme
-Immunisierung durch Infektion
-vererbbare Immunität
Viren von eukaryotischen Organismen
• im Grunde selbes Verfahren wie bei Prokaryoten
• Problem stellt allerdings Kompartimentierung dar, da die
virale DNA erst in den Zellkern transportiert werden muss
, ◦ das trifft nicht zu bei viraler RNA , da diese im Cytoplasma synthetisiert werden kann
Vermehrungszyklen von Influenza-Viren
1. segmentierte einzelstrang RNA Genom
2. Eintritt der RNA Nukleocapsid-Proteine
3. Umschreiben der viralen – Strang RNA in + Strang RNA
4. Synthese viraler Proteine
• saurer PH-Wert sorgt für eine Informationsänderung von Proteinen
5. Replikation der viralen Genomsegmente
6. Assemblierung neuer Viruspartikel an der Plasmamembran
Vermehrungszyklen von HIV – Retrovirus
1. RNA Genom, Rezeptorerkennung und Fusion Virushülle mit
Membran Wirtszellen
2. Freisetzung des Genoms in das Cytoplasma
3. Reverse Transkription katalysiert Synthese in cDNA
4. Integration des viralen ds DNA Genoms in Genom des Wirts
5. Transkription von proviralen Gene → RNA-Moleküle
6. Translation eines Polyproteins
7. Prozessierung
8. Umschließung der Virusgenome und Reverse Transkriptase mit
Kapsiden
9. Freisetzung durch Knospung an Zytoplasmamembran
• viele Krankheiten sind virusbedingt, aber durch Impfungen
vermeidbar
• Überschreitung von Artengrenzen der Wirte lässt Viren schnell
verbreiten
immun-naiv= kein vorheriger Kontakt mit Erreger und somit keine Immunität dagegen (zB. SARS-
CoV-2)
SARS -CoV2 – Vermehrungszyklus
-umhülltes Virus ohne Kapsidproteine
1. ss RNA “+” Strang-Genom
• entspricht der mRNA und kann sofort mit der Synthese
losgehen
2. Rezeptorerkennung über Spike-Proteine ACE-2 und
Fusion Virushülle mit Membran Wirtszellen
3. Freisetzung des Genoms in das Cytoplasma
4. Synthese Polyprotein & Prozessierung
5. Synthese “–“ Strang ss RNA
6. Synthese “+” Strang ss RNA
7. Assemblierung von Viren im Golgimit RNAGenom
8. Freisetzung durch Knospung an Zytoplasmamembran
Viroide: infektiöse ss RNA, Genom ohne Kapside die sich
hauptsächlich auf Pflanzen vermehren
Prionen: Mutierte, zelleigene Proteine induzieren Aggregation
und Zellschäden, wobie die Aufnahme des mutierten Proteins zur
Erkrankung führt
Mimivirus/ giant viruses: größer als andere Viren, mit
Lichtmikroskop sichtbar, DNA und RNA als Genom und in
Amöben identifiziert
Virophagen: Viren, die Mimiviren infizieren
Mikroorganismen, Diversität und Lebensräume
• im Vergleich zu Eukaryoten sind Prokaryoten 10x kleiner, Virus 10-100x kleiner
• Prokaryoten waren die ersten Besiedler der Erde vor ca. 4 Millarden Jahren
