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4.1: Lebensräume, Beziehungen und Mikrobiome von Prokaryoten - Biologie

4.1: Lebensräume, Beziehungen und Mikrobiome von Prokaryoten - Biologie


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Fähigkeiten zum Entwickeln

  • Identifizieren und beschreiben Sie einzigartige Beispiele von Prokaryoten in verschiedenen Lebensräumen der Erde
  • Identifizieren und beschreiben Sie symbiotische Beziehungen
  • Vergleichen Sie normale/kommensale/residente Mikrobiota mit transienter Mikrobiota
  • Erkläre, wie Prokaryoten klassifiziert werden

Alle lebenden Organismen werden in drei Lebensbereiche eingeteilt: Archaeen, Bakterien und Eukarya. In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf die Domänen Archaeen und Bakterien. Archaeen und Bakterien sind einzellige prokaryontische Organismen. Im Gegensatz zu Eukaryoten haben sie keine Kerne oder andere membrangebundene Organellen.

Lebensräume und Funktionen von Prokaryoten

Prokaryoten sind allgegenwärtig. Sie können überall auf unserem Planeten gefunden werden, sogar in heißen Quellen, im antarktischen Eisschild und unter extremem Druck zwei Meilen unter Wasser. Ein Bakterium, Paracoccus denitrificansEs hat sich sogar gezeigt, dass es überlebt, als Wissenschaftler es aus seiner natürlichen Umgebung (Boden) entfernten und eine Zentrifuge verwendeten, um es einer Schwerkraft auszusetzen, die so stark war wie auf der Oberfläche des Jupiter.

Prokaryonten sind auch auf und innerhalb des menschlichen Körpers reichlich vorhanden. Laut einem Bericht der National Institutes of Health überwiegen Prokaryonten, insbesondere Bakterien, menschliche Zellen 10:1.1 Neuere Studien deuten darauf hin, dass das Verhältnis näher bei 1:1 liegen könnte, aber selbst dieses Verhältnis bedeutet, dass es im menschlichen Körper eine große Anzahl von Bakterien gibt.2 Bakterien gedeihen im menschlichen Mund, in der Nasenhöhle, im Rachen, in den Ohren, im Magen-Darm-Trakt und in der Vagina. Auf gesunder menschlicher Haut finden sich vor allem in feuchten Bereichen (Achseln, Nabel und hinter den Ohren) große Bakterienkolonien. Aber auch trockenere Hautpartien sind nicht frei von Bakterien.

Die Existenz von Prokaryoten ist sehr wichtig für die Stabilität und das Gedeihen von Ökosystemen. Sie sind beispielsweise ein notwendiger Bestandteil von Bodenbildungs- und Stabilisierungsprozessen durch den Abbau organischer Stoffe und die Bildung von Biofilmen. Ein Gramm Boden enthält bis zu 10 Milliarden Mikroorganismen (die meisten davon prokaryotisch), die zu etwa 1.000 Arten gehören. Viele Bakterienarten verwenden aus Pflanzenwurzeln freigesetzte Substanzen wie Säuren und Kohlenhydrate als Nährstoffe. Die Bakterien verstoffwechseln diese Pflanzenstoffe und geben die Produkte des bakteriellen Stoffwechsels wieder an den Boden ab, bilden Humus und erhöhen so die Bodenfruchtbarkeit. In Salzseen wie dem Toten Meer (Abbildung (PageIndex{1})) zersetzen salzliebende Halobakterien tote Salinenkrebse und ernähren junge Salinen und Fliegen mit den Produkten des bakteriellen Stoffwechsels.

Abbildung (PageIndex{1}): (a) Einige Prokaryoten, Halophile genannt, können in extrem salzigen Umgebungen wie dem hier abgebildeten Toten Meer gedeihen. (b) Das hier in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme gezeigte Archaeon Halobacterium salinarum ist ein Halophil, das im Toten Meer lebt. (Credit a: Änderung der Arbeit von Julen Menichini; Credit b: Änderung der Arbeit der NASA)

Prokaryontische Mikroorganismen leben nicht nur im Boden und im Wasser, sondern sind auch in der Luft reichlich vorhanden, sogar hoch in der Atmosphäre. In der Luft können bis zu 2.000 verschiedene Bakterienarten vorkommen, ähnlich ihrer Vielfalt im Boden.

Prokaryoten sind überall auf der Erde zu finden, da sie extrem widerstandsfähig und anpassungsfähig sind. Sie sind oft metabolisch flexibel, was bedeutet, dass sie je nach Verfügbarkeit der Energiequellen leicht von einer Energiequelle zur anderen oder von einem Stoffwechselweg zu einem anderen wechseln können. Bestimmte prokaryontische Cyanobakterien können beispielsweise von einem herkömmlichen Typ des Fettstoffwechsels, der die Produktion von Fettaldehyden umfasst, zu einem anderen Typ des Fettstoffwechsels wechseln, der Biokraftstoff wie Fettsäuren und Wachsester erzeugt. Grundwasserbakterien speichern komplexe energiereiche Kohlenhydrate, wenn sie in reinem Grundwasser angebaut werden, aber sie verstoffwechseln diese Moleküle, wenn das Grundwasser mit Phosphaten angereichert wird. Einige Bakterien erhalten ihre Energie durch die Reduktion von Sulfaten zu Sulfiden, können aber bei Bedarf auf einen anderen Stoffwechselweg umschalten, der Säuren und freie Wasserstoffionen produziert.

Prokaryoten erfüllen lebenswichtige Funktionen auf der Erde, indem sie Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff einfangen (oder „fixieren“) und recyceln. Organismen wie Tiere benötigen zum Wachsen organischen Kohlenstoff, können aber im Gegensatz zu Prokaryonten keine anorganischen Kohlenstoffquellen wie Kohlendioxid nutzen. Daher sind Tiere auf Prokaryonten angewiesen, um Kohlendioxid in organische Kohlenstoffprodukte umzuwandeln, die sie verwenden können. Dieser Prozess der Umwandlung von Kohlendioxid in organische Kohlenstoffprodukte wird als Kohlenstofffixierung bezeichnet.

Pflanzen und Tiere sind auch stark auf Prokaryoten für die Stickstofffixierung angewiesen, die Umwandlung von atmosphärischem Stickstoff in Ammoniak, eine Verbindung, die einige Pflanzen verwenden können, um viele verschiedene Biomoleküle zu bilden, die für ihr Überleben notwendig sind. Bakterien der Gattung Rhizobium, sind beispielsweise stickstofffixierende Bakterien; sie leben in den Wurzeln von Hülsenfrüchten wie Klee, Luzerne und Erbse (Abbildung (PageIndex{2})). Ammoniak produziert von Rhizobium hilft diesen Pflanzen zu überleben, indem es ihnen ermöglicht, Bausteine ​​von Nukleinsäuren herzustellen. Diese Pflanzen können wiederum von Tieren gefressen werden – ihr Wachstum und ihr Überleben aufrechterhalten – oder sie können sterben, wobei die Produkte der Stickstofffixierung den Boden anreichern und von anderen Pflanzen genutzt werden.

Abbildung (PageIndex{2}): (a) Stickstofffixierende Bakterien wie Rhizobium leben in den Wurzelknollen von Hülsenfrüchten wie Klee. (b) Diese mikroskopische Aufnahme des Wurzelknötchens zeigt Bakteroide (bakterienähnliche Zellen oder modifizierte Bakterienzellen) innerhalb der Pflanzenzellen. Die Bakteroiden sind als dunklere Ovale innerhalb der größeren Pflanzenzelle sichtbar. (Kredit a: Änderung der Arbeit durch USDA)

Eine weitere positive Funktion von Prokaryoten ist die Säuberung der Umwelt. Kürzlich haben sich einige Forscher auf die Vielfalt und Funktionen von Prokaryonten in künstlichen Umgebungen konzentriert. Sie fanden heraus, dass einige Bakterien eine einzigartige Rolle beim Abbau giftiger Chemikalien spielen, die Wasser und Boden verschmutzen.3

Trotz all der positiven und hilfreichen Rollen, die Prokaryoten spielen, sind einige menschliche Krankheitserreger, die Krankheiten oder Infektionen verursachen können, wenn sie in den Körper gelangen. Darüber hinaus können einige Bakterien Lebensmittel kontaminieren und zu Verderb oder lebensmittelbedingten Krankheiten führen, was sie zu Anlass zu Besorgnis bei der Lebensmittelzubereitung und -sicherheit macht. Weniger als 1% der Prokaryoten (alles Bakterien) gelten als menschliche Krankheitserreger, aber zusammengenommen sind diese Arten für eine große Anzahl der Krankheiten verantwortlich, die den Menschen befallen.

Neben Krankheitserregern, die einen direkten Einfluss auf die menschliche Gesundheit haben, wirken Prokaryonten auch auf viele indirekte Weise auf den Menschen ein. Prokaryoten beispielsweise gelten heute als Schlüsselakteure in den Prozessen des Klimawandels. In den letzten Jahren haben die Temperaturen in den Polarregionen der Erde gestiegen, und der früher ganzjährig gefrorene Boden (Permafrost) hat begonnen, aufzutauen. Im Permafrost eingeschlossener Kohlenstoff wird nach und nach freigesetzt und von Prokaryonten metabolisiert. Dabei entstehen enorme Mengen Kohlendioxid und Methan, Treibhausgase, die in die Atmosphäre entweichen und zum Treibhauseffekt beitragen.

Übung (PageIndex{2})

  1. In welchen Umgebungen können Prokaryonten gefunden werden?
  2. Nennen Sie einige Möglichkeiten, wie Pflanzen und Tiere auf Prokaryonten angewiesen sind.

Symbiotische Beziehungen

Wie wir erfahren haben, können sich prokaryontische Mikroorganismen mit Pflanzen und Tieren assoziieren. Oft führt diese Assoziation zu einzigartigen Beziehungen zwischen Organismen. Bakterien, die auf den Wurzeln oder Blättern einer Pflanze leben, erhalten beispielsweise Nährstoffe aus der Pflanze und produzieren im Gegenzug Substanzen, die die Pflanze vor Krankheitserregern schützen. Andererseits sind manche Bakterien Pflanzenpathogene, die Infektionsmechanismen ähnlich den bakteriellen Krankheitserregern von Tieren und Menschen nutzen.

Prokaryoten leben in einer Gemeinschaft oder einer Gruppe interagierender Populationen von Organismen. Eine Population ist eine Gruppe einzelner Organismen, die derselben biologischen Art angehören und auf ein bestimmtes geografisches Gebiet beschränkt sind. Populationen können kooperative Interaktionen haben, von denen die Populationen profitieren, oder kompetitive Interaktionen, bei denen eine Population mit einer anderen um Ressourcen konkurriert. Die Untersuchung dieser Interaktionen zwischen Populationen wird als mikrobielle Ökologie bezeichnet.

Jede Interaktion zwischen verschiedenen Arten innerhalb einer Gemeinschaft wird als Symbiose bezeichnet. Solche Interaktionen verlaufen entlang eines Kontinuums zwischen Opposition und Kooperation. Wechselwirkungen in einer symbiotischen Beziehung können nützlich oder schädlich sein oder keine Auswirkungen auf eine oder beide der beteiligten Arten haben. Tabelle (PageIndex{1}) fasst die Haupttypen symbiotischer Interaktionen zwischen Prokaryonten zusammen.

Tabelle (PageIndex{1}): Arten von symbiotischen Beziehungen
TypBevölkerung ABevölkerung B
GegenseitigkeitProfitiertProfitiert
AmensalismusGeschädigtenUnberührt
KommensalismusProfitiertUnberührt
NeutralismusUnberührtUnberührt
SchmarotzertumProfitiertGeschädigten

Wenn zwei Arten voneinander profitieren, wird die Symbiose als Mutualismus (oder Syntropie oder Kreuzung) bezeichnet. Zum Beispiel hat der Mensch eine gegenseitige Beziehung zum Bakterium Bacteroides thetaiotetraiotamicron, das im Darmtrakt lebt. B. thetaiotetraiotamicron verdaut komplexe Polysaccharid-Pflanzenmaterialien, die menschliche Verdauungsenzyme nicht abbauen können, und wandelt sie in Monosaccharide um, die von menschlichen Zellen aufgenommen werden können. Menschen haben auch eine wechselseitige Beziehung zu bestimmten Stämmen von Escherichia coli, ein weiteres Bakterium, das im Darm gefunden wird. E coli ist auf den Darminhalt als Nährstoff angewiesen, und der Mensch bezieht bestimmte Vitamine aus E coli, insbesondere Vitamin K, das für die Bildung von Blutgerinnungsfaktoren benötigt wird. (Dies gilt nur für einige Stämme von E coli, jedoch. Andere Stämme sind pathogen und haben keine gegenseitige Beziehung zum Menschen.)

Eine Form der Symbiose, bei der eine Population einer anderen schadet, aber selbst davon unberührt bleibt, wird als Amensalismus bezeichnet. Im Fall von Bakterien produzieren einige amensalistische Arten bakterizide Substanzen, die andere Bakterienarten abtöten. Zum Beispiel das Bakterium Lucilia sericata produziert ein Protein, das zerstört Staphylococcus aureus, ein Bakterium, das häufig auf der Oberfläche der menschlichen Haut vorkommt. Zu viel Händewaschen kann diese Beziehung beeinträchtigen und zu S. aureus Krankheiten und Übertragung.

Bei einer anderen Art von Symbiose, die als Kommensalismus bezeichnet wird, profitiert ein Organismus, während der andere nicht betroffen ist. Dies geschieht, wenn das Bakterium Staphylococcus epidermidis nutzt die abgestorbenen Zellen der menschlichen Haut als Nährstoffe. Milliarden dieser Bakterien leben auf unserer Haut, aber in den meisten Fällen (besonders wenn unser Immunsystem gesund ist) reagieren wir in keiner Weise darauf.

Wenn keiner der symbiotischen Organismen in irgendeiner Weise betroffen ist, nennen wir diese Art von Symbiose-Neutralismus. Ein Beispiel für Neutralismus ist die Koexistenz von stoffwechselaktiven (vegetierenden) Bakterien und Endosporen (ruhende, stoffwechselpassive Bakterien). Zum Beispiel das Bakterium Bacillus anthracis bildet typischerweise Endosporen im Boden, wenn die Bedingungen ungünstig sind. Wird der Boden erwärmt und mit Nährstoffen angereichert, keimen einige Endosporen und bleiben in Symbiose mit anderen, nicht gekeimten Endosporen.

Eine Art von Symbiose, bei der ein Organismus profitiert, während er dem anderen schadet, wird als Parasitismus bezeichnet. Die Beziehung zwischen dem Menschen und vielen pathogenen Prokaryoten kann als parasitär bezeichnet werden, da diese Organismen in den Körper eindringen und giftige Substanzen oder Infektionskrankheiten produzieren, die Schaden anrichten. Krankheiten wie Tetanus, Diphtherie, Keuchhusten, Tuberkulose und Lepra entstehen alle durch Interaktionen zwischen Bakterien und Menschen.

Wissenschaftler haben den Begriff Mikrobiom geprägt, um sich auf alle prokaryotischen und eukaryotischen Mikroorganismen zu beziehen, die mit einem bestimmten Organismus verbunden sind. Innerhalb des menschlichen Mikrobioms gibt es residente Mikrobiota und transiente Mikrobiota. Die residente Mikrobiota besteht aus Mikroorganismen, die ständig in oder auf unserem Körper leben. Der Begriff transiente Mikrobiota bezeichnet Mikroorganismen, die nur vorübergehend im menschlichen Körper vorkommen, zu denen auch pathogene Mikroorganismen gehören können. Hygiene und Ernährung können sowohl die residente als auch die transiente Mikrobiota verändern.

Die residente Mikrobiota ist erstaunlich vielfältig, nicht nur hinsichtlich der Artenvielfalt, sondern auch hinsichtlich der Bevorzugung verschiedener Mikroorganismen für unterschiedliche Bereiche des menschlichen Körpers. Zum Beispiel gibt es im menschlichen Mund Tausende von kommensalen oder mutualistischen Bakterienarten. Einige dieser Bakterien besiedeln bevorzugt die Oberfläche der Zunge, während andere die Innenseite der Wangen bevorzugen und wieder andere die Vorder- oder Backenzähne oder das Zahnfleisch bevorzugen. Die innere Oberfläche der Wange hat aufgrund ihrer Sauerstoffexposition die am wenigsten vielfältige Mikrobiota. Im Gegensatz dazu sind die Krypten der Zunge und die Zahnzwischenräume zwei Stellen mit begrenzter Sauerstoffexposition, sodass diese Stellen eine vielfältigere Mikrobiota aufweisen, einschließlich Bakterien, die ohne Sauerstoff leben (z. Bakteroiden, Fusobakterium). Unterschiede in der oralen Mikrobiota zwischen zufällig ausgewählten menschlichen Individuen sind ebenfalls signifikant. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass die Prävalenz von Bakterien wie Streptokokken, Hämophilus, Neisseria, und andere waren im Vergleich zwischen Individuen dramatisch unterschiedlich.4

Es gibt auch signifikante Unterschiede zwischen der Mikrobiota verschiedener Standorte desselben menschlichen Körpers. Die Innenseite der Wange hat eine Dominanz von Streptokokken, während im Rachen, in der Gaumenmandel und im Speichel zwei- bis dreimal weniger vorhanden sind Streptokokken, und mehrmals mehr Fusobakterium. In der vom Zahnfleisch entfernten Plaque gehören die vorherrschenden Bakterien zur Gattung Fusobakterium. Im Darm jedoch beides Streptokokken und Fusobakterium verschwinden, und die Gattung Bakteroiden wird vorherrschend.

Die Mikrobiota kann nicht nur von einer Körperstelle zur anderen variieren, das Mikrobiom kann sich auch im Laufe der Zeit innerhalb desselben Individuums ändern. Der Mensch erhält seine ersten Impfungen mit normaler Flora während der natürlichen Geburt und kurz nach der Geburt. Vor der Geburt nimmt die Bevölkerung von Lactobazillen spp. in der Vagina, und diese Population dient als erste Besiedlung der Mikrobiota während der natürlichen Geburt. Nach der Geburt werden zusätzliche Mikroben von Gesundheitsdienstleistern, Eltern, anderen Verwandten und Personen, die mit dem Baby in Kontakt kommen, erworben. Dieser Prozess etabliert ein Mikrobiom, das sich im Laufe des Lebens des Individuums weiterentwickeln wird, wenn sich neue Mikroben ansiedeln und aus dem Körper eliminiert werden. Es wird beispielsweise geschätzt, dass sich die Mikrobiota des Dünndarms innerhalb von 9 Stunden ändern kann, so dass die Hälfte der mikrobiellen Bewohner anders sein wird.5 Die Bedeutung der Initiale Lactobazillen Die Besiedelung während der vaginalen Geburt wird durch Studien hervorgehoben, die eine höhere Inzidenz von Krankheiten bei Personen zeigen, die per Kaiserschnitt geboren wurden, im Vergleich zu solchen, die vaginal geboren wurden. Studien haben gezeigt, dass vaginal geborene Babys überwiegend von vaginalem Laktobazillen besiedelt werden, während per Kaiserschnitt geborene Babys häufiger von Mikroben der normalen Hautmikrobiota besiedelt werden, einschließlich üblicher im Krankenhaus erworbener Krankheitserreger.

Im gesamten Körper sind residente Mikrobiota wichtig für die menschliche Gesundheit, da sie Nischen besetzen, die sonst von pathogenen Mikroorganismen besetzt werden könnten. Zum Beispiel, Lactobazillen spp. sind für die meisten Frauen die dominierende Bakterienart der normalen vaginalen Mikrobiota. Lactobacillus produzieren Milchsäure, die zum Säuregehalt der Vagina beiträgt und das Wachstum pathogener Hefen hemmt. Wenn jedoch die Population der ansässigen Mikrobiota aus irgendeinem Grund (z. B. durch die Einnahme von Antibiotika) verringert wird, erhöht sich der pH-Wert der Vagina, was eine günstigere Umgebung für das Wachstum von Hefen wie Candida albicans. Eine Antibiotikatherapie kann auch die Mikrobiota des Darmtrakts und der Atemwege stören, das Risiko für Sekundärinfektionen erhöhen und/oder die langfristige Übertragung und Ausscheidung von Krankheitserregern fördern.

Übung (PageIndex{3})

  1. Erklären Sie den Unterschied zwischen kooperativen und kompetitiven Interaktionen in mikrobiellen Gemeinschaften.
  2. Listen Sie die Arten der Symbiose auf und erklären Sie, wie jede Population betroffen ist.

Taxonomie und Systematik

Die Zuordnung von Prokaryoten zu einer bestimmten Spezies ist eine Herausforderung. Sie vermehren sich nicht sexuell, daher ist es nicht möglich, sie nach dem Vorhandensein oder Fehlen von Kreuzungen zu klassifizieren. Außerdem haben sie nicht viele morphologische Merkmale. Traditionell basierte die Klassifizierung von Prokaryonten auf ihrer Form, ihren Färbemustern und biochemischen oder physiologischen Unterschieden. In jüngerer Zeit sind die Nukleotidsequenzen in Genen mit der Verbesserung der Technologie zu einem wichtigen Kriterium der mikrobiellen Klassifizierung geworden.

1923 veröffentlichte der amerikanische Mikrobiologe David Hendricks Bergey (1860–1937) Ein Handbuch in der determinativen Bakteriologie. Mit diesem Handbuch versuchte er, die Informationen über die damals bekannten Bakterienarten anhand der lateinischen Binomialklassifikation zusammenzufassen. Bergey berücksichtigte auch die morphologischen, physiologischen und biochemischen Eigenschaften dieser Organismen. Sein Handbuch wurde mehrmals aktualisiert, um neuere Bakterien und ihre Eigenschaften aufzunehmen. Es ist eine große Hilfe bei der bakteriellen Taxonomie und Methoden zur Charakterisierung von Bakterien. Eine neuere Schwesterpublikation, die fünfbändige Bergeys Handbuch für Systematische Bakteriologie, erweitert Bergeys Originalhandbuch. Es enthält eine große Anzahl zusätzlicher Arten sowie aktuelle Beschreibungen der Taxonomie und biologischen Eigenschaften aller genannten prokaryotischen Taxa. Diese Veröffentlichung enthält die zugelassenen Namen von Bakterien, die durch die Liste der prokaryotischen Namen mit Standing in Nomenclature (LPSN) bestimmt werden.

Klassifizierung nach Färbemustern

Nach ihren Färbemustern, die von den Eigenschaften ihrer Zellwände abhängen, werden Bakterien traditionell in gram-positiv, gram-negativ und „atypisch“ eingeteilt, d. h. weder gram-positiv noch gram-negativ. Wie in Färben mikroskopischer Proben erklärt, besitzen grampositive Bakterien eine dicke Peptidoglycan-Zellwand, die die primäre Färbung (Kristallviolett) während des Entfärbungsschrittes beibehält; sie bleiben nach der Gram-Färbung lila, da das Kristallviolett die hellrot/rosa Farbe der sekundären Gegenfärbung Safranin dominiert. Im Gegensatz dazu besitzen gramnegative Bakterien eine dünne Peptidoglycan-Zellwand, die das Auswaschen des Kristallvioletts während des Entfärbungsschrittes nicht verhindert; daher erscheinen sie nach dem Anfärben mit Safranin hellrot/rosa. Bakterien, die mit dem Standard-Gram-Färbungsverfahren nicht angefärbt werden können, werden als atypische Bakterien bezeichnet. Eingeschlossen in die atypische Kategorie sind Arten von Mykoplasmen und Chlamydien, denen eine Zellwand fehlt und die daher die Gram-Stain-Reagenzien nicht zurückhalten können. Rickettsienwerden ebenfalls als atypisch angesehen, da sie zu klein sind, um durch die Gram-Färbung bewertet zu werden.

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler damit begonnen, gramnegative und grampositive Bakterien weiter zu klassifizieren. Sie haben eine spezielle Gruppe tiefverzweigender Bakterien hinzugefügt, die auf einer Kombination von physiologischen, biochemischen und genetischen Merkmalen basiert. Sie klassifizieren nun auch gramnegative Bakterien weiter in Proteobakterien, Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB) und Spirochäten.

Es wird angenommen, dass die tiefverzweigenden Bakterien eine sehr frühe evolutionäre Form von Bakterien sind (siehe tiefverzweigende Bakterien). Sie leben in heißen, sauren, ultraviolettem Licht ausgesetzten und anaeroben (sauerstoffarmen) Bedingungen. Proteobakterien sind ein Stamm von sehr unterschiedlichen Gruppen gramnegativer Bakterien; es umfasst einige wichtige menschliche Krankheitserreger (z. E coli und Bordetella pertussis). Die CFB-Bakteriengruppe umfasst Bestandteile der normalen menschlichen Darmmikrobiota, wie z Bakteroiden. Die Spirochäten sind spiralförmige Bakterien und beinhalten den Erreger Treponema pallidum, die Syphilis verursacht. Wir werden diese Bakteriengruppen später in diesem Kapitel genauer charakterisieren.

Aufgrund ihrer Prävalenz von Guanin- und Cytosin-Nukleotiden werden grampositive Bakterien auch in grampositive Bakterien mit niedrigem G+C und hohem G+C eingeteilt. Die grampositiven Bakterien mit niedrigem G+C-Gehalt haben weniger als 50% Guanin- und Cytosin-Nukleotide in ihrer DNA. Dazu gehören menschliche Krankheitserreger, z. B. solche, die Milzbrand verursachen (Bacillus anthracis), Tetanus (Clostridium tetani) und Listeriose (Listeria monocytogenes). Gram-positive Bakterien mit hohem G+C-Gehalt, die mehr als 50 % Guanin- und Cytosin-Nukleotide in ihrer DNA aufweisen, umfassen die Bakterien, die Diphtherie verursachen (Corynebacterium diphtheriae), Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis) und andere Krankheiten.

Die Klassifizierungen von Prokaryoten ändern sich ständig, da neue Arten entdeckt werden. Wir werden sie zusammen mit den Krankheiten, die sie verursachen, in späteren Abschnitten und Kapiteln genauer beschreiben.

Übung (PageIndex{4})

Wie klassifizieren Wissenschaftler Prokaryonten?

Zusammenfassung

  • Prokaryoten sind einzellige Mikroorganismen, deren Zellen keinen Zellkern haben.
  • Prokaryoten sind überall auf unserem Planeten zu finden, sogar in den extremsten Umgebungen.
  • Prokaryonten sind stoffwechseltechnisch sehr flexibel, so dass sie ihre Ernährung an die verfügbaren natürlichen Ressourcen anpassen können.
  • Prokaryoten leben in Gemeinschaften die untereinander und mit großen Organismen interagieren, die sie als Wirte verwenden (einschließlich Menschen).
  • Die Gesamtheit der auf dem menschlichen Körper lebenden Formen von Prokaryoten (insbesondere Bakterien) wird als menschliches Mikrobiom bezeichnet, das zwischen Körperregionen und Individuen variiert und sich im Laufe der Zeit verändert.
  • Die Gesamtheit der Formen von Prokaryoten (insbesondere Bakterien), die in einer bestimmten Region des menschlichen Körpers (z. B. Mund, Rachen, Darm, Auge, Vagina) leben, wird als Mikrobiota dieser Region.
  • Prokaryoten werden in die Domänen Archaea und Bacteria eingeteilt.
  • In den letzten Jahren wurden die traditionellen Ansätze zur Klassifikation von Prokaryonten durch molekulargenetische Ansätze ergänzt.

Fußnoten

  1. 1 Medizinische Presse. "Mundbakterien können ihre Ernährung ändern, zeigen Supercomputer." 12. August 2014. http://medicalxpress.com/news/2014-0...rs-reveal.html. Abgerufen am 24. Februar 2015.
  2. 2 A. Abbott. „Wissenschaftler widerlegen den Mythos, dass unser Körper mehr Bakterien enthält als menschliche Zellen: Jahrzehnte alte Annahmen über Mikrobiota erneut aufgegriffen.“ Natur. http://www.nature.com/news/scientist...-cells-1.19136. Zugriff am 3. Juni 2016.
  3. 3 UHR MORGENS. Kravetz „Einzigartige Bakterien bekämpfen künstlichen Chemiemüll.“ 2012. http://www.livescience.com/25181-bac...s-nsf-bts.html. Aufgerufen am 9. März 2015.
  4. 4 E. M. Bik et al. „Bakteriendiversität in der Mundhöhle von 10 Gesunden.“ Das ISME-Journal 4 Nr. 8 (2010): 962–974.
  5. 5 C.C. Booijinket al. "Hohe zeitliche und intra-individuelle Variation in der menschlichen Ileum-Mikrobiota nachgewiesen." Umweltmikrobiologie 12 Nr. 12 (2010):3213–3227.
  6. 6 Nationale Gesundheitsinstitute. „Menschliches Mikrobiom-Projekt. Überblick." http://commonfund.nih.gov/hmp/overview. Aufgerufen am 7. Juni 2016.
  7. 7 Q. Dong et al. „Vielfalt der Bakterien bei einer gesunden menschlichen Bindehaut.“ Investigative Augenheilkunde & Visuelle Wissenschaft 52 Nr. 8 (2011): 5408–5413.
  8. 8 F. E. Dewhirst et al. "Das menschliche orale Mikrobiom." Zeitschrift für Bakteriologie 192 Nr. 19 (2010): 5002–5017.
  9. 9 J. C. Lagier et al. „Mikrobielle Kulturforschung: Paradigmenwechsel in der Human-Darm-Mikrobiom-Studie.“ Klinische Mikrobiologie und Infektion 18 Nr. 12 (2012): 1185–1193.

Mitwirkender

  • Nina Parker (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) und Brian M. Forster (Saint Joseph's University) mit vielen beitragende Autoren. Originalinhalt über Openstax (CC BY 4.0; Zugang kostenlos unter https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


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