Zusammenfassung Mikrobiologie der Eukaryoten
Einführung
Zellaufbau
• erweiterte Zellmorphologie = auswachsende Hyphe -> polarisiertes Zellwachstum
o Zelle soll nur an der Spitze der Hyphe wachsen -> Polarität
o kann sich an Umweltbedingungen anpassen
o Zellwand variiert je nachdem ob Pilz schnell wächst oder nicht -> dynamisch
• Mikrotubuliskelett
o Durch MT-Cytoskelett Polarität gewährleistet -> transportiert Zellendmarker-
proteine über Kinesin an Spitze der Zelle -> definieren die Wachstumsrichtung
o Aktin weiß wohin es muss durch MT -> Formin 3 (For3) bindet an Zellendmarker
an Spitze der Hyphe -> For3 = Aktinpolymerase -> bildet Aktinkabel -> an dem
dann Vesikel zur Spitze wandern
• Aktincytoskelett transportiert über Myosin Vesikel an Spitzenkörper
o Vesikel werden in ER produziert -> dann zu Golgi und von dort an Aktin über
Myosin zum Spitzenkörper transportiert
o t-SNARE (an Zellwand) + v-SNARE (an Vesikel) -> wichtig für Integration der
Vesikel an richtiger Stelle (Postcode)
o dann Exocytose -> Vesikel entleert seinen Inhalt (Sekretion) -> Zellwand wird
dicker (abgebaut)
o So kommen Enzyme für Zellwandaufbau + abbau an Spitze der Hyphe
• Endozytose um Membran zu recyceln
o Invagination an seitlicher Spitze zur Aufnahme von Proteinen
o kommen dann in Endosomen:
▪ entweder Abbau oder Recycelt -> zu Golgi + wiederverwendet
▪ oder aus recycling endosome od. Golgi -> Exocytose -> aus Zelle raus
o hält Membran sauber -> nirgends anders als an der Spitze Zellendmarker-
proteine oder Enzyme
• Transport von mRNA an Spitze -> wird dort translatiert wo Proteine gebraucht werden
o 1 mRNA kann Vielzahl von Proteinen hervorbringen
o Werden co-transportiert mit membranösen Kompartimenten (ER + Endosomen)
• Mitochondrien = Tubes -> machen Netzwerk und fragmentieren sich -> dynamisch
o temp. sensitiv -> bei 37° kein Netwerk -> Mitochondria Fragmente
o an Spitze angesammelt -> stellen Energie bereit, für Auswachsen benötigt
• Pilze haben dicke Zellwand
o ß-1,3 Glykan und ß-1,6 Glykan verknüpft + Chitin (= N-Glycosamin 1,4 verknüpft)
o Zellwand muss abgebaut werden um Pilz zu transformieren zu können
-> Gewinnung von Protoplasten -> können DNA aufnehmen
o Viele verschiedene Enzyme für Lysis benötigt -> haben hohen Wert für Industrie
▪ Werden aus Organismen gewonnen, die Pilze angreifen + töten
▪ Schnecken zB. -> aber hier wird nix gewonnen
▪ Hauptkandidat = Pilz der andere Pilze abbaut = Glykoderma -> sekretiert
Mix aus lytischen Enzymen = versch. Glykanasen + Chitinasen
, Nuclearmigration/transport
A. nidulans N. crassa
• MT lange Fäden über ganze Hyphe -> strukturiert • Allgemein viel mehr Nuclei + MT als A. nidulans
• Nuclei über Hyphe verteilt • Viele Nuclei an 1 Stelle + dichtes MT Netzwerk
• Nuclear Transport -> jeder Nucleus kontrolliert an • Nucleus wird eher rumgeschoben -> nicht so
best. Position lokalisiert -> abhängig von MT gut organisiert wie bei A. nidulans
Nuclear Import
Nuclear Transport A. nidulans • Protein mit NLS bindet
• WT mit GFP getagten Nuclei untersucht an Transportrezeptoren
• Während Mitose verschwindet GFP Signal Importin α + ß im Cytosol
o komisch weil eig. Geschlossene Mitose bei Pilzen • Transportieren Protein
o dh. Kernhülle bleibt intakt durch Kernporen in
• Stimmt auch Kernhülle bleibt intakt, aber Kernhülle besitzt Kernporen Zellkern
o NUPs = Nuclear Pores • Ran GTP stimuliert hier
• Während Mitose ändert sich Zsmsetzung der Kernporen die Dissoziation des
o anders kontrolliert Rezeptor-Protein-Kompl.
o GFP schlüpft aus Nukleus heraus -> Signal weg + bindet selbst an
Rezeptor
Hefe oder Hyphe - Dimorphismus
• Komplex diffundiert
• Pilze wachsen teils in Hefeform + teils in Hyphenform
zurück ins Zytosol
• Viele Pilze können zwischen Formen wechseln, je nach Wachstums-
• Hier unterstützt Ran-GAP
bedingungen -> flüssig oder festes Medium = dimorphic switch
die GTP Hydrolyse + Ran-
o Hefeform bevorzugt bei Flüssig, Hyphenwachstum bei fest
GDP entsteht -> dadurch
▪ Ustilago maydis = Maisbeulenbrand
wird Rezeptor freigesetzt
▪ Candida albicans -> auf Schleimhäuten
• Ran GDP gelangt zurück
• Auf Haut in Hyphenform (festes Medium)
in Kern
• im Blut dann Switch zu Hefeform (flüssig)
• Dort ersetzt Ran-GEF das
Bäckerhefe S. cerevisiae -> Bsp. Hefewachstum
GDP durch GTP
• Lässt sich in Natur auf Früchten oder Nektar (Blumen) finden
o Braucht Zucker zum Leben • Ran-GTP wdhergestellt
• Bäckerhefe wächst durch Budding (Knospung)
o Zellkern wird geteilt und einer an Tochterzelle gegeben
o Budding hinterlässt Spuren = Narben
o Narben bilden sich nebeneinander -> bilden Narbenring
= Narbenpatterning
o Bei diploider Hefe -> bipolares Budding -> Narbenring bildet sich oben und unten
o Wenn auf der Hefe kein Platz mehr für neues Budding -> Bäckerhefe stirbt
• Hefeform kann Pseudohyphen bilden um entferntes Substrat zu erreichen, da Hefe nicht
wandern kann
Hyphenwachstum
• Filamentöses Wachstum kann viel mehr Nährstoffe aufnehmen -> durch Hyphen viel
größere Region abgedeckt
• Da wo Spitzenkörper im Apex ist, wird gewachsen = Bereich in dem Vesikel akkumulieren
,Woronin Body
• Lange Hyphen sind durch Septen in Kompartimente geteilt -> zb. N. crassa
• Septum hat Lücke, sodass Cytoplasma der Kompartimente verbunden bleibt
• Hoher osmotischer Druck in Hyphe -> bei Verletzung würde CP auslaufen, da alle
Kompartimente verbunden sind + Pilz würde sterben
• Wird verhindert von Woronin Body -> lokalisiert in Nähe der Septenverbindung -> bei
Verletzung blockiert Woronin Body das Loch im Septum
• hex1 wichtig für Woronin body -> bei Δhex1 -> CP läuft deutlich mehr aus
• Woronin Body entstehen aus Peroxisomen -> gibt versch. Peroxisomenpopulationen
o Proteine tragen Peroxisomsignal am C-Terminus -> wandern in Peroxisom
o Oft sammeln sich dann best. Proteine an, weil andere Proteine im Peroxisom
zerstört werden Basidiomyceten
• in 1 Kompartiment immer 2 Nuclei
Aspergillus • bei Fusion versch. Individuen
• 4-5 Nuclei in 1 Kompartiment -> Dikaryon + Schnallenbildung:
• 1729 1. Aspergillus beschrieben worden o sorgt für Verteilung Zellkern
• Schnelles Wachstum von Mutter + Zellkern von
• Sexuelle + asexuelle Fortpflanzung Vater in neues Kompartiment
o Sexueller Zyklus: Ascienbildung • in altem Kompartiment + in neuem 2
▪ Versch. Individuen können gepaart werden Zellkerne
-> Zunächst Heterokaryon später Kernverschmelzung
▪ gut zum Erstellen von Doppelmutanten
Basidiomyceten
o Asexuell: Konidiophorenbildung
▪ Konidiosporen mit haploiden Zellkern • Kernverschmelzung ( in
▪ Gut für genetische Manipulationen Kompartiment mit 2 Nuclei)
• A. nidulans Modellsystem für Konodiophorenentwicklung • Meiose -> 4 haploide Sporen auf
o Anpassung des Zellzyklus = entscheidend Basidium = Basidiosporen
o Bei 1 Schritt Zellzyklus gehyped, bei anderem blockiert
Ascomyceten
• A. fumigatus = pathogener Aspergillus
o Bekannt für Lungenkrankheit • Hakenbildung -> Mitose und
o Sporen fliegen in Luft Septumbildung
o normalerweise kein Problem wenn man es einatmet • Kernverschmelzung in
-> außer für immungeschwächte Menschen Scheitelzelle
o hier bei Kontakt mit der Lunge -> bilden Aspergillom • Meiose
o ist aggressiver als andere Aspergillus + hat kleinere • Mitose -> Mitotische Sporen in
Sporen als nidulans Asci
o Modellsystem Medizin • 8 haploide Nuclei in Asci = 8
Konidien
, Einsatz von Pilzen in der Industrie + moderne Forschung
Hydrophobine
• Sporen haben 1 hydrophile + 1 hydrophobe Seite
• Hydrophobine = Proteine mit filamentöser Strukur -> machen Sporenoberfläche
hydrophob
Einsatz
• Hydrophobin Plasmid in E. coli -> hohe Expression von Hydrophobinen -> kann benutzt
werden um Oberflächen hydrophob zu machen
• Hydrophobine auch genutzt in Buchbinderei
o Hydrophobinfasern kommen vor Kleber drauf -> Kleber klebt dann viel besser
o Buch lässt sich komplett öffnen ohne Falte = Lay-Flat Technologie
A.oryzae
• Verwendet für Sake + Sojasoße Produktion
• Sake: lytische Enzyme des Pilzes werden genutzt um Stärke in Reis zu zerstören + dann
Hefe dazu für Ethanolproduktion -> Sake
• Bei Sojasoße werden auch lytische Enzyme genutzt
Ashbya gossypii -> Riboflavin Produktion
• Vitamin B2 = Riboflavin -> wichtig für gesunde Haut, Augen, Nägel + gilt Körperzellen mit
Energie zu versorgen -> findet man zB. in Cornflakes
• Ashbya gossypii produziert Riboflavin -> Pilz wird industriell verwendet (BASF)
o durch Mutationen Pilz modifiziert -> starke Überexpression von Riboflavin
o stellt soviel davon her, dass es zur Kristallbildung kommt
o Farbe normal gelb, bei Mutante dunkelrot -> wegen hoher Riboflavin Expression
Aspergillus niger -> Kosmetikindustrie
• A. niger sicherer Organismus -> stellt Zitronensäure her
• Wird mit ausreichenden Nährstoffen versorgt + so modifiziert -> um große Mengen
Zitronensäure isolieren zu können
• Zitronensäure = antibakteriell + senkt pH-Wert
• Wird eingesetzt für Lippenstift
Aspergillus flavus
• Gelbe Farbe + wächst in Früchten, Erdnüssen oder auf Marmelade
• Niedrige Toxizität -> müsste sehr viel verschimmeltes Essen für Folgen
• Stellen Sekundärmetabolit her = Aflatoxin -> entsteht aus Acetat + Malonatresten ->
Enzyme, die Reaktion katalysieren = Polyketidsynthasen (PKS)
Exoenzyme von Pilzen in Waschmitteln
• Amylase + Protease -> unterstützen Entfernung stärke- + eiweißhaltiger Flecken
• Deshalb Waschen auf geringer Temp möglich -> 30-40°C
Einführung
Zellaufbau
• erweiterte Zellmorphologie = auswachsende Hyphe -> polarisiertes Zellwachstum
o Zelle soll nur an der Spitze der Hyphe wachsen -> Polarität
o kann sich an Umweltbedingungen anpassen
o Zellwand variiert je nachdem ob Pilz schnell wächst oder nicht -> dynamisch
• Mikrotubuliskelett
o Durch MT-Cytoskelett Polarität gewährleistet -> transportiert Zellendmarker-
proteine über Kinesin an Spitze der Zelle -> definieren die Wachstumsrichtung
o Aktin weiß wohin es muss durch MT -> Formin 3 (For3) bindet an Zellendmarker
an Spitze der Hyphe -> For3 = Aktinpolymerase -> bildet Aktinkabel -> an dem
dann Vesikel zur Spitze wandern
• Aktincytoskelett transportiert über Myosin Vesikel an Spitzenkörper
o Vesikel werden in ER produziert -> dann zu Golgi und von dort an Aktin über
Myosin zum Spitzenkörper transportiert
o t-SNARE (an Zellwand) + v-SNARE (an Vesikel) -> wichtig für Integration der
Vesikel an richtiger Stelle (Postcode)
o dann Exocytose -> Vesikel entleert seinen Inhalt (Sekretion) -> Zellwand wird
dicker (abgebaut)
o So kommen Enzyme für Zellwandaufbau + abbau an Spitze der Hyphe
• Endozytose um Membran zu recyceln
o Invagination an seitlicher Spitze zur Aufnahme von Proteinen
o kommen dann in Endosomen:
▪ entweder Abbau oder Recycelt -> zu Golgi + wiederverwendet
▪ oder aus recycling endosome od. Golgi -> Exocytose -> aus Zelle raus
o hält Membran sauber -> nirgends anders als an der Spitze Zellendmarker-
proteine oder Enzyme
• Transport von mRNA an Spitze -> wird dort translatiert wo Proteine gebraucht werden
o 1 mRNA kann Vielzahl von Proteinen hervorbringen
o Werden co-transportiert mit membranösen Kompartimenten (ER + Endosomen)
• Mitochondrien = Tubes -> machen Netzwerk und fragmentieren sich -> dynamisch
o temp. sensitiv -> bei 37° kein Netwerk -> Mitochondria Fragmente
o an Spitze angesammelt -> stellen Energie bereit, für Auswachsen benötigt
• Pilze haben dicke Zellwand
o ß-1,3 Glykan und ß-1,6 Glykan verknüpft + Chitin (= N-Glycosamin 1,4 verknüpft)
o Zellwand muss abgebaut werden um Pilz zu transformieren zu können
-> Gewinnung von Protoplasten -> können DNA aufnehmen
o Viele verschiedene Enzyme für Lysis benötigt -> haben hohen Wert für Industrie
▪ Werden aus Organismen gewonnen, die Pilze angreifen + töten
▪ Schnecken zB. -> aber hier wird nix gewonnen
▪ Hauptkandidat = Pilz der andere Pilze abbaut = Glykoderma -> sekretiert
Mix aus lytischen Enzymen = versch. Glykanasen + Chitinasen
, Nuclearmigration/transport
A. nidulans N. crassa
• MT lange Fäden über ganze Hyphe -> strukturiert • Allgemein viel mehr Nuclei + MT als A. nidulans
• Nuclei über Hyphe verteilt • Viele Nuclei an 1 Stelle + dichtes MT Netzwerk
• Nuclear Transport -> jeder Nucleus kontrolliert an • Nucleus wird eher rumgeschoben -> nicht so
best. Position lokalisiert -> abhängig von MT gut organisiert wie bei A. nidulans
Nuclear Import
Nuclear Transport A. nidulans • Protein mit NLS bindet
• WT mit GFP getagten Nuclei untersucht an Transportrezeptoren
• Während Mitose verschwindet GFP Signal Importin α + ß im Cytosol
o komisch weil eig. Geschlossene Mitose bei Pilzen • Transportieren Protein
o dh. Kernhülle bleibt intakt durch Kernporen in
• Stimmt auch Kernhülle bleibt intakt, aber Kernhülle besitzt Kernporen Zellkern
o NUPs = Nuclear Pores • Ran GTP stimuliert hier
• Während Mitose ändert sich Zsmsetzung der Kernporen die Dissoziation des
o anders kontrolliert Rezeptor-Protein-Kompl.
o GFP schlüpft aus Nukleus heraus -> Signal weg + bindet selbst an
Rezeptor
Hefe oder Hyphe - Dimorphismus
• Komplex diffundiert
• Pilze wachsen teils in Hefeform + teils in Hyphenform
zurück ins Zytosol
• Viele Pilze können zwischen Formen wechseln, je nach Wachstums-
• Hier unterstützt Ran-GAP
bedingungen -> flüssig oder festes Medium = dimorphic switch
die GTP Hydrolyse + Ran-
o Hefeform bevorzugt bei Flüssig, Hyphenwachstum bei fest
GDP entsteht -> dadurch
▪ Ustilago maydis = Maisbeulenbrand
wird Rezeptor freigesetzt
▪ Candida albicans -> auf Schleimhäuten
• Ran GDP gelangt zurück
• Auf Haut in Hyphenform (festes Medium)
in Kern
• im Blut dann Switch zu Hefeform (flüssig)
• Dort ersetzt Ran-GEF das
Bäckerhefe S. cerevisiae -> Bsp. Hefewachstum
GDP durch GTP
• Lässt sich in Natur auf Früchten oder Nektar (Blumen) finden
o Braucht Zucker zum Leben • Ran-GTP wdhergestellt
• Bäckerhefe wächst durch Budding (Knospung)
o Zellkern wird geteilt und einer an Tochterzelle gegeben
o Budding hinterlässt Spuren = Narben
o Narben bilden sich nebeneinander -> bilden Narbenring
= Narbenpatterning
o Bei diploider Hefe -> bipolares Budding -> Narbenring bildet sich oben und unten
o Wenn auf der Hefe kein Platz mehr für neues Budding -> Bäckerhefe stirbt
• Hefeform kann Pseudohyphen bilden um entferntes Substrat zu erreichen, da Hefe nicht
wandern kann
Hyphenwachstum
• Filamentöses Wachstum kann viel mehr Nährstoffe aufnehmen -> durch Hyphen viel
größere Region abgedeckt
• Da wo Spitzenkörper im Apex ist, wird gewachsen = Bereich in dem Vesikel akkumulieren
,Woronin Body
• Lange Hyphen sind durch Septen in Kompartimente geteilt -> zb. N. crassa
• Septum hat Lücke, sodass Cytoplasma der Kompartimente verbunden bleibt
• Hoher osmotischer Druck in Hyphe -> bei Verletzung würde CP auslaufen, da alle
Kompartimente verbunden sind + Pilz würde sterben
• Wird verhindert von Woronin Body -> lokalisiert in Nähe der Septenverbindung -> bei
Verletzung blockiert Woronin Body das Loch im Septum
• hex1 wichtig für Woronin body -> bei Δhex1 -> CP läuft deutlich mehr aus
• Woronin Body entstehen aus Peroxisomen -> gibt versch. Peroxisomenpopulationen
o Proteine tragen Peroxisomsignal am C-Terminus -> wandern in Peroxisom
o Oft sammeln sich dann best. Proteine an, weil andere Proteine im Peroxisom
zerstört werden Basidiomyceten
• in 1 Kompartiment immer 2 Nuclei
Aspergillus • bei Fusion versch. Individuen
• 4-5 Nuclei in 1 Kompartiment -> Dikaryon + Schnallenbildung:
• 1729 1. Aspergillus beschrieben worden o sorgt für Verteilung Zellkern
• Schnelles Wachstum von Mutter + Zellkern von
• Sexuelle + asexuelle Fortpflanzung Vater in neues Kompartiment
o Sexueller Zyklus: Ascienbildung • in altem Kompartiment + in neuem 2
▪ Versch. Individuen können gepaart werden Zellkerne
-> Zunächst Heterokaryon später Kernverschmelzung
▪ gut zum Erstellen von Doppelmutanten
Basidiomyceten
o Asexuell: Konidiophorenbildung
▪ Konidiosporen mit haploiden Zellkern • Kernverschmelzung ( in
▪ Gut für genetische Manipulationen Kompartiment mit 2 Nuclei)
• A. nidulans Modellsystem für Konodiophorenentwicklung • Meiose -> 4 haploide Sporen auf
o Anpassung des Zellzyklus = entscheidend Basidium = Basidiosporen
o Bei 1 Schritt Zellzyklus gehyped, bei anderem blockiert
Ascomyceten
• A. fumigatus = pathogener Aspergillus
o Bekannt für Lungenkrankheit • Hakenbildung -> Mitose und
o Sporen fliegen in Luft Septumbildung
o normalerweise kein Problem wenn man es einatmet • Kernverschmelzung in
-> außer für immungeschwächte Menschen Scheitelzelle
o hier bei Kontakt mit der Lunge -> bilden Aspergillom • Meiose
o ist aggressiver als andere Aspergillus + hat kleinere • Mitose -> Mitotische Sporen in
Sporen als nidulans Asci
o Modellsystem Medizin • 8 haploide Nuclei in Asci = 8
Konidien
, Einsatz von Pilzen in der Industrie + moderne Forschung
Hydrophobine
• Sporen haben 1 hydrophile + 1 hydrophobe Seite
• Hydrophobine = Proteine mit filamentöser Strukur -> machen Sporenoberfläche
hydrophob
Einsatz
• Hydrophobin Plasmid in E. coli -> hohe Expression von Hydrophobinen -> kann benutzt
werden um Oberflächen hydrophob zu machen
• Hydrophobine auch genutzt in Buchbinderei
o Hydrophobinfasern kommen vor Kleber drauf -> Kleber klebt dann viel besser
o Buch lässt sich komplett öffnen ohne Falte = Lay-Flat Technologie
A.oryzae
• Verwendet für Sake + Sojasoße Produktion
• Sake: lytische Enzyme des Pilzes werden genutzt um Stärke in Reis zu zerstören + dann
Hefe dazu für Ethanolproduktion -> Sake
• Bei Sojasoße werden auch lytische Enzyme genutzt
Ashbya gossypii -> Riboflavin Produktion
• Vitamin B2 = Riboflavin -> wichtig für gesunde Haut, Augen, Nägel + gilt Körperzellen mit
Energie zu versorgen -> findet man zB. in Cornflakes
• Ashbya gossypii produziert Riboflavin -> Pilz wird industriell verwendet (BASF)
o durch Mutationen Pilz modifiziert -> starke Überexpression von Riboflavin
o stellt soviel davon her, dass es zur Kristallbildung kommt
o Farbe normal gelb, bei Mutante dunkelrot -> wegen hoher Riboflavin Expression
Aspergillus niger -> Kosmetikindustrie
• A. niger sicherer Organismus -> stellt Zitronensäure her
• Wird mit ausreichenden Nährstoffen versorgt + so modifiziert -> um große Mengen
Zitronensäure isolieren zu können
• Zitronensäure = antibakteriell + senkt pH-Wert
• Wird eingesetzt für Lippenstift
Aspergillus flavus
• Gelbe Farbe + wächst in Früchten, Erdnüssen oder auf Marmelade
• Niedrige Toxizität -> müsste sehr viel verschimmeltes Essen für Folgen
• Stellen Sekundärmetabolit her = Aflatoxin -> entsteht aus Acetat + Malonatresten ->
Enzyme, die Reaktion katalysieren = Polyketidsynthasen (PKS)
Exoenzyme von Pilzen in Waschmitteln
• Amylase + Protease -> unterstützen Entfernung stärke- + eiweißhaltiger Flecken
• Deshalb Waschen auf geringer Temp möglich -> 30-40°C
