Mikrobiologie: Bakterien, Viren und das HI-Virus
Bakterien: Struktur, Ernährung und Vermehrung
Bakterien sind Mikroorganismen mit zellulärer Organisation. Man unterscheidet zwischen Archaebakterien (die oft unter extremen Bedingungen leben) und Eubakterien (die am häufigsten vorkommenden Formen). Nach ihrer Morphologie können sie wie folgt klassifiziert werden: Bazillen, Kokken, Vibrionen und Spirillen.
Bestandteile der Bakterienzelle
- Kapsel: Übernimmt eine Schutzfunktion.
- Zellwand: Man unterscheidet Gram-positiv (eine Lipiddoppelschicht und mehrere Schichten Peptidoglycan, die bei der Gram-Färbung Farbe annehmen) und Gram-negativ (zwei Lipiddoppelschichten und eine dünne Schicht Peptidoglycan).
- Plasmamembran: Mit Invaginationen (Einstülpungen), den sogenannten Mesosomen, die für Stoffwechselreaktionen und die DNA-Replikation zuständig sind.
- Zytoplasma: Enthält Ribosomen, Einschlüsse, Gasbläschen und die doppelsträngige, zirkuläre DNA.
- Nucleoid: Die Region, in der sich das Bakterienchromosom befindet.
- Fimbrien oder Pili und Geißeln: Dienen der Anheftung oder Fortbewegung.
- Plasmide: Ringförmige, extrachromosomale DNA-Stücke.
Bakterien besitzen keinen echten Zellkern, keine Kernkörperchen und keine membranumbundenen Organellen. Ihr Stoffwechsel kann aerob oder anaerob sein.
Funktionen und Lebensweise
- Beziehung zur Umwelt: Geißeln ermöglichen die Bewegung. Bei negativen Reizen können sie Widerstandssporen (Endosporen) bilden.
- Ernährung:
- Autotroph: Photosynthese (grüne und lila Schwefelbakterien) oder Chemosynthese.
- Heterotroph: Nutzen organische Substanzen zur Energiegewinnung.
- Reproduktion: Die Vermehrung erfolgt ungeschlechtlich durch Mitose bzw. Zweiteilung (Binärfission), bei der die DNA verdoppelt und die Zelle geteilt wird.
Parasexuelle Mechanismen
Diese dienen dem Austausch von genetischem Material mit anderen Bakterien:
- Konjugation: Übertragung von DNA durch Pili.
- Transduktion: Übertragung von Bakterien-DNA durch ein Virus.
- Transformation: Aufnahme freier DNA aus der Umgebung nach der Lyse eines anderen Bakteriums.
Viren: Aufbau und Vermehrungszyklen
Viren bestehen aus Nukleinsäuren (RNA oder DNA, niemals beides), die von einem Kapsid umhüllt sind. Sie besitzen keine eigene Zellorganisation und sind obligate Parasiten.
Struktur eines Virus
- Kopf: Besteht aus einer inneren Membranhülle, dem Kapsid, Enzymen und der internen DNA oder RNA.
- Schwanz: Besteht aus Scheide, Basalplatte und Glasfaser-Fasern.
Viren, die Bakterien befallen, nennt man Bakteriophagen. Es gibt zudem Viren, die Pflanzen oder Tiere infizieren.
Vermehrungszyklen der Viren
- Adsorptionsphase: Das Virus setzt sich mit seinem Kapsid auf eine Bakterienzelle oder dringt in eine Wirtszelle ein.
- Injektionsphase: Das Virus gelangt in das Zytoplasma und setzt die Nukleinsäure frei (Uncoating).
Von hier aus können zwei Wege eingeschlagen werden:
- A) Lysogener Zyklus: Die Virus-DNA wird in die DNA der Wirtszelle integriert. Bei RNA-Viren (wie dem AIDS-Virus) wandelt das Enzym Reverse Transkriptase die RNA erst in DNA um. Das Virus kann als Prophage ohne Genexpression verbleiben und sich mit dem Bakterium replizieren (Latenzzeit).
- B) Lytischer Zyklus: Die virale RNA oder DNA übernimmt die Kontrolle, bildet neue Proteine und Virusstrukturen. Die Zelle lysiert (platzt) schließlich und setzt viele neue Viren frei, die weitere Zellen infizieren.
Das HI-Virus und die Krankheit AIDS
Das HI-Virus (HIV) verursacht eine Infektion, die primär über das Blut erfolgt und die CD4-Lymphozyten angreift. Es handelt sich um ein Retrovirus, dessen Enzym Reverse Transkriptase das RNA-Genom in DNA umwandelt, um es in das Genom der Wirtszelle zu integrieren.
Der HIV-Zyklus
Der Zyklus umfasst die Bindung an CD4-Rezeptoren, den Eintritt, die Freisetzung der RNA, die Umwandlung in DNA und die Integration in die DNA der Lymphozyten. Dort kann das Virus verharren (lysogener Weg) oder die Produktion neuer Viren starten, die weitere Lymphozyten infizieren (lytischer Zyklus).
Phasen der Erkrankung
- Primärinfektion: Verläuft oft wie eine Grippe und bleibt häufig unbemerkt.
- Latenzphase: Kann lange Zeit andauern, während das Virus andere Zellen infiziert.
- AIDS-Phase: Die CD4-Zellen werden zerstört, wodurch die Immunabwehr massiv sinkt. Dies führt zu opportunistischen Infektionen (z. B. durch Pilze) und anderen Erkrankungen. Diese Phase wird als AIDS bezeichnet.