Bakteriengenetik 2. Warum sind Bakterien besonders geeignet? Geringer Aufwand (steril) Einfache Ernährung (kohlenstoffhaltig, energiehaltig, Mineralien) 1. Bauplan eines Bakteriums Wenig Platz (Petrischale) Kurze Generationsdauer (ca. alle 20 Minuten Teilung) Nur ein Chromosom (Wenig Merkmale) Häufige Mutationen (sofort sichtbar da nur 1 Erbanlage) Gut beobachtbar (wachsen oder wachsen nicht, Mikroskop) Plasmide (Übertragung von genetischer Information möglich) 3. Hälterung von Bakterien im Biofermenter Rührwerk Nährstoff- zufuhr Zellwand aus Murein Geißeln (Nicht immer vorhanden) Heizung Zellmembran Zytoplasma Bakterienchromosom Plasmid Luft
Auf Normalnährboden kein Wachstum 4. Experimente mit Bakterien (Lederberg und Tatum, 1946) Bakterienmutante A Bakterienmutante B phe-, cys-, leu+, thr+ phe+, cys+, leu-, thr- 1 : 1 Auf Normalnährboden kein Wachstum Auf Normalnährboden Wachstum Auf Normalnährboden kein Wachstum ? Bei Zugabe von phe, cys: Wachstum Bei Zugabe von leu, thr: Wachstum
Beobachtungen unter dem Mikroskop B: Bakterien können untereinander über eine Plasmabrücke (Sexpilus) in Kontakt treten Die Fähigkeit eine Plasmabrücke zu bilden besitzt nicht jedes Bakterium
Es gibt also Bakterien, die F+ als auch F- sein können Erklärung F+ F - Faktor F- B: Zelle mit einem Fertilitätsfaktor (F) kann den Sexpilus ausbilden. F-Faktor ist ein Plasmid. Es gibt also Bakterien, die F+ als auch F- sein können F-Faktor kann verdoppelt und übertragen werden.
Bakterien können mit F+ oder F- gekennzeichnet werden. Erklärung F+ F - Faktor F+ F- B: Zelle mit einem Fertilitätsfaktor (F) kann einen Sexpilus ausbilden. Der F-Faktor ist ein Plasmid. Bakterien können mit F+ oder F- gekennzeichnet werden. Der F-Faktor kann verdoppelt und weitergegeben werden. Beide Bakterien haben nun die Fähigkeit einen Sexpilus auszubilden
Beobachtungen unter dem Mikroskop
Beobachtungen unter dem Mikroskop Die Weitergabe des F-Faktor von einem Bakterium zum anderen kann die experimentellen Befunde von Lederberg und Tatum nicht erklären. Dazu muss eine weitere Verhaltensweisen dieses F-Plasmides betrachtet werden.
Verhalten des F-Faktors
Verhalten des F-Faktors F-Plasmid kann durch crossing over in das Bakterienchromosom eingebaut werden. Bakterien bei denen dies geschieht, werden als hfr-Zellen bezeichnet. (high frequency of recombination)
Verhalten des F-Faktors phe cys thr leu In räumlicher Nähe zur Einbaustelle befinden sich auch die genetischen Information zur Bildung von phe, cys, thr und leu.
Verhalten des F-Faktors phe cys thr leu
Verhalten des F-Faktors phe cys thr leu
Verhalten des F-Faktors Durch ungenaues Ausschneiden zur Rückbildung des F-Plasmids wir die Information zur Bildung von phe und cys in den Plasmidring integriert phe cys leu thr
Verhalten des F-Faktors phe cys leu thr
Verhalten des F-Faktors Das Plasmid wird verdoppelt und in das F- Bakterium eingeschleust leu thr
Verhalten des F-Faktors leu thr
Verhalten des F-Faktors leu thr
Verhalten des F-Faktors leu thr
Verhalten des F-Faktors Nach Einbau in das Bakterienchromosom besitzt diese Bakterienmutante nun die Information zur Herstellung von phe und cys. leu thr
Verhalten des F-Faktors Derselbe Vorgang könnte auch mit thr und leu ablaufen, so dass die Mutante über dieselben Eigenschaften wie die Normalform verfügt. leu thr
Zusammenfassung und Erklärung des Experimentes von Lederberg und Tatum Durch Konjugation (Pilusausbildung) können Bakterien DNA austauschen. Dabei findet dabei häufig eine Rekombination von Merkmalen statt. Neue Eigenschaften werden auf vorhandene Mutanten oder Normalbakterien übertragen. d.B. ein Gentransfer findet statt. Damit können die Beobachtungen beim Experiment von Lederberg und Tatum zweifelsfrei erklärt werden. Über die Wechselwirkung zwischen F-Plasmid und Bakterienchromosom kommt es zum Gentransfer, der ein Wachstum auf Normalnährmedium ermöglicht. Der Fertilitätsfaktor kann frei vorliegen oder in das Bakterienchromosom eingebunden sein ( F+ oder hfr-Bakterium) Entscheidend dafür ist ein crossing over