Einführung in die Mikrobielle Ökologie

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www.icbm.de/pmbio

Einführung in die Mikrobielle Ökologie

• Von Anpassungen

• Von Wechselwirkungen

• Von der Mafia

Anpassungen

Merke: Bakterien haben immer Hunger, weil verfügbare Nahrung sofort aufgefressen wird und hungrige Mitesser erzeugt

Anpassungen

Liebig's Gesetz vom Minimum: eine Komponente wird limitierend für chem. Reaktion Ökosystem: mehrere Komponenten werden limitierend für Aktivität, da verschiedene Populationen mit verschiedenen Bedürfnissen sich entwickeln

Anpassung eines Organismus oder einer Population: Regulation Anpassung einer Lebensgemeinschaft: Selektion

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K: Kapazität z.Vgl.: Mäuse nagen ein Gerippe gründlicher ab als Löwen....

Strategien

Was ist eine Strategie?

Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Substratkonzentration

µ_max.[s]

µ = 

K_S+ [s]

µ : Wachstumsrate [s] : Substratkonzentration

K_S: Substratkonzentration bei halbmaximaler Wachstumsrate

Als Maß für die Substrat-Affinität(A) eines Stammes bestimmt man den Quotienten aus der maximalen Rate bei sättigender Substratkonzentration (µ_max) und K_S. A = µ_max/K_S

Wachstumsrate

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Ohne Formel - zum Nachdenken...

Anpassung an Nahrungsmangel

Anpassungen

Sporenbildung

Abbau von Reservestoffen (z.B. PHB, Poly-Hydroxybuttersäure) und Ribosomen

Entwicklung von Chemotaxis, später Verlust der Beweglichkeit

Ausbildung von neuen Proteinen (z.B. Transport-, 'Hitzeschock'-Proteine)

Reduktive Teilung: Zellzahl und Oberfläche nehmen zu °°Ultramikrobakterien 0 ° < 0.2 µm

Viable but nonculturable cells(VBNC) !?

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Erhaltungsstoffwechsel (Maintenance energy)

≈4 mmol ATP g^-1Trockenmasse h ^-1= 4800 J d^-1(g Trockenmasse)^-1

≈10⁹ATP cycles pro Bakterium und Stunde

1 - 10 mM ATP im Cytoplasma, Zellvollumen 10^-16- 10^-15l

≈6 * 10⁵ATP-Moleküle pro Zelle

≈1 Cyclus pro sec für jedes ATP-Molekül

Seitz H-J, Cypionka H (1986) Arch Microbiol 146:63-67 Müller RH, Babel W (1996) Appl Environ Microbiol 62:147-151 Harder J (1997) FEMS Microbiol Ecol 23:39-44

Wir verstehen das (Über-)Leben in einer Population mit 1000 Jahren Verdopplungszeit noch nicht

Erhaltungsstoffwechsel

Wechselwirkungen

Neutralismus

Kommensalismus, Amensalismus

Konkurrenz

Mutualismus (Synergismus)

Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehung

Ökologie?

(langweilig)

Substrate, Nährstoffe, Platz Syntrophie, Symbiose, Hofbildung, Signalstoffe

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Regulation als Antwort auf intrazelluläre und Milieufaktoren erfordert Sensoren.

Detektierte Stoffe wirken als Effektoren für Regulatorproteine und lösen Hemmung/Aktivierung oder Repression/Induktion aus.

Regulation

Regulation der Geißel-

Drehrichtung in Abhängigkeit von einem Attraktant.

www.grundlagen-der-mikrobiologie.de

Reaktion auf Substrate, Nährstoffe: Transportsysteme, Abbauwege, Taxis

Chemosensorik

Taktische Reaktionen auf

- Chemische Verbindungen (Attraktants oder Repellents) - Licht (Phototaxis)

- ? Magnetfeld: passive Ausrichtung wie Magnetnadel, Orientierung im Sauerstoffgradienten

Chemo- und Phototaxis

Die Bakterien reagieren nicht nur auf die

Sauerstoffkonzentration, sie gestalten auch den

Gradienten

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Chemische Signalstoffe

Bakterien können über chemische Stoffe kommunizieren: Bakterienpheromone Bakterienpheromone erzeugen eine spezifische Antwort bei Artgenossen, z.B. - Fruchtkörperbildung bei den Myxobakterien

- Leuchtreaktion bei Photobakterien

Bakterienpheromone sind manchmal Peptide, oft Derivate des Homserinlactons:

Als Signalstoffe wirkt auch (intra- und extrazellulär): cycliches AMP (cAMP)

Viren

Viele Mikroben sind von Viren befallen oder lysogen.

Bedeutung für die Lebensgemeinschaften nicht sehr gut untersucht.

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Bdellovibrio

Bdellovibrio

A mild ocean breeze plays over the water surface, dispelling any notion that danger lurks in the murky depths. However, a gruesome event is about to occur as a silent attacker speeds forth toward an unsuspecting victim. In a furious collision, the savage meets its target and whittles its way into the body of the innocent prey. Once inside, the transformation begins - the predator ceases its frenzy and prepares to multiply. The host is reduced to a protective cocoon, supplying food and shelter for the growing parasite. Within hours, the nourishment is drained and the ghost-like shell of the host bursts open to release a new generation of deadly predators. And all the while, the waters remain still...

http://commtechlab.msu.edu/sites/dlc-me/curious/caOc96LC.html

Bakterien haben keine Zähne ...

Es gibt auch eine Gattung Vampirococcus

Nahrungskette

(lineares Denken....) Bakterien als Recycleram Ende der Nahrungskette

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organischen Substanz und Kontrolleure von limitierenden Faktoren in einem Gewässer

Nahrungsnetz

Nahrungsnetz und Microbial Loop

Stichworte:

Milchkuh undMafia Bacterialloop