Cuvier: die Tier- und Pflanzenarten
können nach ihrer Ähnlichkeit
eingeteilt werden. Biologen stützen sich dabei vor allem auf physiologische
und biochemische Eigenschaften der Zellen.
Annäherungen der Charakterisierung der Prokaryonten
Grundlage: alle erfassbaren Merkmale haben das gleiche Gewicht
Verfahren: zur zahlenmässigen Auswertung so viele Merkmale wie möglich
feststellen. Diese sollen so beschaffen sein, dass sie durch Alternativentscheidung
(+ oder -) ausgedrückt werden können.
Auswertung: jedes Merkmal von jedem Stamm mit jedem Merkmal aller anderen
Stämme vergleichen. Die Aehnlichkeit zwischen 2 untersuchten Stämmen
ist umso grösser, je grösser das Verhältnis der übereinstimmenden
Merkmale zu den total erfassten Merkmalen ist.
Zahl der gemeinsamen Merkmale
bei i und j = Sij
(Ähnlichkeitskoeffizient)
Zahl der untersuchten Merkmale
|
Wenn S = 1 › 100% Aehnlichkeit
Wenn S < 0.002 › völlige Verschiedenheit
Genotypische Näherung an die Taxonomie Durch Erforschung
des Genotyps › genaue Unterteilung der Bakterien
Es gibt verschiedene Arten der Untersuchung:
%(G +C) / Bruttoanalyse der DNA,
Zahl der Purine = Zahl der Pyrimidine:
- %(G + C) schwankt zwischen 25 - 75% bei Bakterien › grosse Variabilität
- sind %(G + C) zweier Bakterien gleich, ist es möglich, dass die
Bakterien eng miteinander verwandt sind. Das ist aber nicht zwingend
der Fall!
Hybridisierung von DNA:
DNAtotal wird in einer Pufferlösung auf eine höhere Temperatur
gebracht. So werden die DNA - Stränge getrennt. Der DNA Einzelstrang
A wird mit dem DNA Einzelstrang B in Kontakt gebracht. Wenn die beiden
Bakterien identische DNA haben, hat man eine gute Verbindung, also 100%
Homologie.
Wenn sich die Bakterien teilweise unterscheiden, hat man eine langsame
Wiederverbindung, die zudem unvollständig und weniger stabil ist.
Gibt es viele Unterschiede zwischen den beiden Bakterien, werden sich die
beiden Einzelstränge nicht erkennen (Keine Verbindung › 0% Homologie).
Diese Technik erlaubt es, herauszufinden, ob zwei Bakterien der gleichen
Gattung angehören › Taxonomie auf tiefem Niveau:
- bei 70% Homologie: Tiere gehören zur selben Spezies
(d.h. sind identisch)
- 20 – 70% : gleiche Art
- weniger: lässt keine Aussage zu
Bedingungen für eine höhere Taxonomie: Benutzen von Genen mit
homologen Sequenzen:
- Homologie: homologe Teile des Genoms bei allen untersuchten
Organismen und gemeinsamer evolutiver Ursprung.
- Die Sequenzen müssen
sich langsam entwickelt und eine tiefe Mutationsfrequenz haben (konservative
Entwicklung während Evolution).
Das erlaubt entfernte Organismen zu vergleichen.
- Leicht analysierbare
Sequenz: viele Organismen können untersucht
werden.
Untersuchung der ribosomalen RNA
Vorteile der ribosomalen RNA:
- sie ist bei allen Lebewesen vorhanden
- Ribosomen sind konservierte
Strukturen. Die Veränderungen in der
Evolution sind sehr gering (es gibt keine Mutation, die nicht letal wäre).
- sie
ist genügend gross (reich an Informationen › 1650 Basen)
und klein (begrenzt, erleichtert Vergleiche).
Hypothesen:
- Die ribosomalen Gene haben die Evolution der Organismen,
die sie tragen, immer begleitet
- Je näher die Sequenzen benachbart
sind, desto näher ist
der Teilungspunkt zeitlich gesehen.
Phylogenie bei Prokaryonten
Phylogenie = Analyse hochkonservativer Merkmalsträger (Ribosomen)
und ihr Vergleich.
› 20% Homologie DNA : DNA: gleiche Gattung
› 60 % Homologie DNA : DNA: gleiche Art
Identifikationsstrategie
Bestimmen der Herkunft eines bestimmten Bakterienstammes:
Serologie:
Das Oberflächenantigen (agglutiniert die Bakterienzellen):
- O LPS Lipopolisaccharide
- H Flagellin
Für einen gegebenen Stamm identifiziert man 5 bis 6 typische Antigene,
man bildet so den Serotyp, d.h. einen „Katalog“ von Antigenen,
welche man auf der Bakterienoberfläche findet. Dieser kann, je nach
Bakterienart, stark variieren: bei Salmonella beispielsweise existieren
mehr als 2000 Serotypen für die 2000 verschiedenen Salmonella! Um herauszufinden, welches Antibiotikum einem Patienten zu verabreichen
ist, muss man die Resistenz der jeweiligen Bakterie kennen › Antibiogramm
Antibiogramme
Man züchtet einen Bakterienstamm auf Gel, welchen man anschliessend
mit einem dünnen Film von 3 Punkten Antibiotika, die man testen möchte,
bedeckt.
Der Konzentrationsgradient der Antibiotika beginnt sich auszubreiten. Je
grösser der Hemmradius ist, desto weniger resistent ist das Bakterium
gegenüber dem Antibiotikum.
Moderne molekulare Identifikationsmethoden:
Restriktionsprofile durch
Elektrophorese › Ziel: Gesamtcharakterisierung der DNA
Man schneidet die DNA an einem ganz bestimmten Ort mit einem Restriktionsenzym.
Die anschliessende Elektrophorese erlaubt, die geschnittenen Fragmente
zu trennen.
Die Längen sind für jedes Bakterium typisch, da jedes Bakterium
an bestimmten Stellen durch sein Restriktionsenzym geschnitten wird.
Nach der Elektrophorese ist die Identifikation der Bakterien möglich.
Ribosomensonde: Ribosomen : tragen RNA › Künstliche
Herstellung von komplementären DNA-Abschnitten
(nur von denjenigen, die bei der gesuchten Bakterien-Art vorkommen). Diese
DNA-Abschnitte werden mit einem fluoreszierenden Farbstoff versehen. Wenn
die Bakterie zu der gesuchten Art gehört, wird sie fluoreszierend.
Damit lassen sich die Bakterien identifizieren, ohne dass man eine Kultur
anlegen muss.
› Sondenmischung: indem man verschiedene Farbfilter benutzt, kann man
die Bakterien sehen, die die Sonden fixiert haben.
PCR (Polymerase Chain Reaction):
in vitro Replikation bestimmter DNA Segmente |
