Grundlagen der Biotechnologie und Bakteriologie

Biotechnologie und Gentechnik

Erlangung von organismischer Gentechnik.

Anwendungsbereiche

• Produktivität und Witterungsbeständigkeit [Temperatur]
• Resistenz gegen Krankheiten

Produktion

Rekombinante DNA: Aufnahme selektierter, wünschenswerter Gene in einen Organismus. Dieser Prozess wird durch bakterielle Enzyme (Restriktionsenzyme) gesteuert, welche die DNA-Sequenz an spezifischen Stellen schneiden. Die ausgewählten Gene werden isoliert, kopiert und in den Zielorganismus eingefügt, der verbessert werden soll (transgener Organismus).

Techniken zur Übertragung

Methoden wie Projektilinjektion, Diffusion oder der Einsatz von Viren als Vektoren für Makromoleküle und Proteine. Parasiten wirken durch ihre bloße Gegenwart. Der Metabolismus findet nur innerhalb des Wirtes statt (Nukleinsäure + Enzym + Wirt = Reproduktion). Außerhalb des Wirtes nehmen sie eine kristalline Form an.

Immunität und Abwehrmechanismen

Arten der Immunität

• Angeborene Immunität: Genetisch bedingt oder durch Kolostrum (Erstmilch) übertragen.
• Erworbene Immunität: Aktive oder passive Immunisierung durch Impfung oder Serum.

Ein Serum oder Impfstoff wird verabreicht, damit der Wirt (Host) Antikörper gegen pathogene Organismen entwickelt. Bei einem Serum sind die Abwehrmechanismen bereits entwickelt und integriert.

Pathogene Organismen

Zu den Krankheitserregern zählen: Bakterien, Pilze, Protozoen und Viren.

Klassifikation der Krankheiten nach der WHO

• Infektiös: AH1N1
• Erblich: Down-Syndrom und Klinefelter-Syndrom
• Stoffwechselbedingt: Diabetes
• Degenerativ: Parkinson
• Traumatisch: Krämpfe
• Geistig: Alzheimer
• Parasitär: Bandwurm (Pedikulose)
• Nahrungsmittelbedingt: Botulismus

Infektionskrankheiten

Organische Erreger verbreiten sich von einem kranken auf einen gesunden Wirt.

Phasen der Infektion

1. Inkubation: Der Erreger reproduziert sich im Wirt ohne Symptome (ca. 5 bis 20 Tage).
2. Entwicklung: Ausbruch der Krankheitssymptome.
3. Heilung/Regeneration: Erholung des geschwächten Gastgebers mit der Möglichkeit eines Rückfalls.

Parasitismus

Ein Organismus ernährt sich von einem anderen.

• Ektoparasit: Ernährt sich auf der Körperoberfläche.
• Endoparasit: Ernährt sich im Inneren des Körpers.

Bakterien: Einzellige prokaryotische Organismen (ohne Histone, Chromosomen oder Mitochondrien, aber mit Ribosomen).

Kolloidale Systeme

Das Verhältnis zwischen gelöstem Stoff (Solut) und Lösungsmittel (Solvent).

• Kolloid (Sol): Höherer Anteil an Lösungsmittel (Plasmolyse).
• Gel: Höherer Anteil an gelöstem Stoff (Kerbung).

Bakterielle Einstufung

Nach der Form

• Kugelförmig (Kokken): Isoliert, Diplokokken (2), Triplekokken (3).
• Tandem: Streptokokken.
• Cluster: Staphylokokken.
• Länglich: Stäbchen (Bacillus), isoliert mit oder ohne Geißeln.
• Reihen: Streptostäbchen.
• Spiralen: Spirillen.

Nach der Färbung (Gram-Färbung)

Affinität zur Färbung nach Christian Gram (positiv oder negativ) basierend auf der Zellwandkapazität.

• Gram-positiv (+): Enthält Teichoinsäure und Peptidoglycan.
• Gram-negativ (-): Enthält Lipopolysaccharide, Lipoproteine und Peptidoglycan (oft antibiotikaresistenter).

Metabolismus und Nutzen

Energiegewinnung erfolgt oft durch Fermentation (alkoholische Gärung oder Milchsäuregärung).

• Negativ: Krankheiten, Lebensmittelverderb, Wasserverunreinigung, Geruchsbildung, Plaque.
• Positiv: Stickstoffkreislauf, Stoffkreislauf im Ökosystem, Lebensmittelherstellung (Käse, Joghurt), Mikrobiom (Flora), Kupferlaugung (Lixiviation), Gewinnung transgener Organismen.

Pathogene Bakterien

Diese verursachen Infektionskrankheiten und werden direkt oder indirekt (Wasser, Nahrung, Insekten) übertragen. Ohne Behandlung mit spezifischen Antibiotika können sie zum Tod führen. Sie infizieren verschiedene Bereiche:

• Haut: Abszesse, Impetigo, Scharlach.
• Atemwege: Diphtherie, Tuberkulose, Lungenentzündung.
• Verdauungstrakt: Typhus, Gastroenteritis (Karies), Cholera, Salmonellen.
• Urogenitaltrakt: Harnwegsinfektionen, Gonorrhoe, Syphilis.

Symptome und Behandlung

Typische Symptome sind Fieber, Durchfall, Schüttelfrost, Hautausschlag, Kopf- und Muskelschmerzen, Erbrechen und Entzündungen. Bakterien können Resistenzen entwickeln, etwa durch Konjugation (primitiv-sexuelle Reproduktion). Gram-negative Bakterien sind oft aggressiver, da sie durch Lipoproteine geschützt sind. Zur Bestimmung des richtigen Antibiotikums wird ein Antibiogramm (Empfindlichkeitstest) in einem Nährmedium bei 37-38 °C durchgeführt.