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Vorlesung IV Pilze Molekularbiologie

Vorlesung IV - botanik/praktikum/avhmed4ss11.pdf · Rhizopus stolonifer (gem. Brotschimmelpilz) 1 Pilze 1.3 Zygomyceten (Jochpilze) Saccharomyces cerevisiae, (Wein-, Bier- oder Bäckerhefe)

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Vorlesung IV

Pilze

Molekularbiologie

Pilze (Funghi)

• sind Eukaryoten und bilden neben Pflanzen und Tieren ein eigenes Reich.

• haben einen Zellkern; die DNA wird durch Histone zuChromosomen komplexiert.

• Die meisten Pilze besitzen eine Zellwand aus Chitin

• können keine Photosynthese betreiben und sind daher C-heterotroph.

• Pilze vermehren sich über Sporen, durch Knospung oder Abspaltung

1 Pilze1 PilzeÜbersicht 1

• Pilze sind vielgestaltig und sind weit verbreitet.

• Aufgrund ihrer speziellen Stoffwechseleigenschaften sind sie in der Lage viele organische Verbindungen abzubauen und sie der Wiederverwertung zuzuführen.

1 PilzeÜbersicht 2

1 Pilze1.1 Wuchsformen von Pilzen

Hyphen (A), septiert oder unseptiert: filamentöse Pilze

Myzel (B): Geflecht von Hyphen

Pseudohyphen (C): kettenförmig aneinanderhängende Einzelzellen (z.B. Hefen)

1 Pilze1.1 Wuchsformen von Pilzen

© Pearson Studium 2009

1 Pilze1.2 Fortpflanzung von Pilzen1 Pilze1.2 Fortpflanzung von Pilzen

Bsp. Rhizopus stolonifer (gem. Brotschimmelpilz)

1 Pilze1.3 Zygomyceten (Jochpilze)1 Pilze1.3 Zygomyceten (Jochpilze)

Saccharomyces cerevisiae, (Wein-, Bier- oder Bäckerhefe)vermehrt sich durch Knospung.

1 Pilze1.4 Hefepilze1 Pilze1.4 Hefepilze

1 Pilze1.4.1 Wuchsformen verschiedener Hefepilze1 Pilze1.4.1 Wuchsformen verschiedener Hefepilze

• Als Mykosen werden Erkrankungen bezeichnet, die auf Pilze zurückzuführen sind.

• Endogene Mykosen manifestieren sich z.B. durch opportunistische Erkrankungen des Darmtrakts. Sie treten häufig als Sekundär-Infektion in Folge einer anderen Erkrankung auf. (Folge der Gabe von Antibiotika, Corticoiden oder Immunsuppressiva)

• Exogene Mykosen: Erkrankungen der Haut durch Hautpilze (Dermatomykose)

2 MykosenÜbersicht

2 MykosenÜbersicht

2 MykosenÜbersicht

.

Aspergillus fumigatus auf Agar

Aspergillus-Konidiophore.

© Tischner

2 Mykosen2.1 Aspergillus spec. in Kultur2 Mykosen2.1 Aspergillus spec. in Kultur

Auslöser: Schimmelsporen; A. fumigatus,

A. niger, A. flavus ua.

Morphologie: filamentöse, verzweigte Hyphen;

Konidienträger

Diagnose: Gewebebiopsie; PCR-Nachweis des Erregers

Aspergillose:

a) Aspergillom: meist in vorgegebener Höhle

b) disseminierte Lungenaspergillose: nekrotisierende Pneumonie, allergische Alveolitis(Farmerlunge)

c) invasive Aspergillose (vermehrt bei immungeschwächten Patienten)

Therapie: Amphotericin B + 5-Fluorcytosin; Aspergillom: chirurgische Entfernung

(Amphotericin B beeinträchtigt die pilzliche Zellmembran durch Bindung an Ergosterin)

Aflatoxine: Aflatoxin B1 (A. flavus) ist hochgradig krebserzeugend

2 Mykosen2.1 Aspergillus verursacht Aspergillosen2 Mykosen2.1 Aspergillus verursacht Aspergillosen

Candida: Charakteristika und typischer BefallHefen (Sproßpilze), septiert oder unseptiert, unizelluläre Pilze,

Vermehrung durch Knospung

- Candida siedeln normalerweise auf der Haut und auf den Schleimhäuten. Sie sind Bestandteil der normalen Flora

- Bei einer Beeinträchtigung der Immunabwehr des Wirtes und nach Antibiotikagabe können sie Mykosen auslösen

- Befallen werden: Schleimhäute des Mundraumes, Scheide, Nagelbett, Hautfalten.

Candida albicans

ist der häufigste humanpathogene Pilz. Riskant wird die Infektion bei Patienten, deren Immunsystem geschwächt ist, beispielsweise nach Organtransplantationen oder einer Chemotherapie bei Krebserkrankungen.

2 Mykosen2.2 Candida spec.

2 Mykosen2.2 Candida albicans Wuchsformen

Zellsprossung bei Candida albicans.

Candida albicansPseudohyphen und hefeartige Zellen

Candida albicans auf Agar bei 20°C

© Wikimedia commons

2 Mykosen2.2 Candida albicans Wuchsformen

Candida albicans, Soor Ausstrich eines Isolats von der Zunge

Auf den Schleimhäuten entstehen rundliche, weißliche Beläge, die fest auf dem Untergrund haften. Sie bestehen aus abgestorbenen Zellen des Wirtes und Pseudomyzel der Candida.

© CDC

2 Mykosen2.2 Candidose - Soor

Die virulente Hyphenform von Candidaalbicans. (Foto: Fraunhofer IGB)

2 Mykosen2.2 Dermatose durch Candida albicans2 Mykosen2.2 Dermatose durch Candida albicans

Mucor spec.Mucormycose bezeichnet eine Endomykosen, die von Pilzen der Ordnung Mucorales hervorgerufen werden. Dazu gehören die Gattungen Rhizopus, Absidia und Mucor. Mucorales kommen auf feuchtem org. Material und Pflanzen vor.

CDC/Dr. Lucille K. Georg

2 Mykosen2.3 Mucor spec. Wachstum in Kultur

CDC/Dr. Lucille K. Georg

2 Mykosen2.3 Mucor spec. Wachstum in Kultur

Periorbitale MucormycoseMucormycose durch Mucor pusillus an der Herzklappe, Methenamin-Silber-Färbung

© CDC/Dr. Libero Ajello© CDC / Dr. Thomas F. Sellers/Emory University

2 Mykosen2.3 Mucormykosen2 Mykosen2.3 Mucormykosen

Dieser Pilz bildet schleimig aussehende Kolonien und keine Hyphen aus. Er kommt in Vogelmist und deren Stäuben vor.

Die Erkrankung heißt Kryptokokkose, europäische Blastomykose oder Torulose. Die Erreger werden über die Atmung aufgenommen. In der Lunge vermehren sie sich teilweise ohne äußere Krankheitszeichen. Von dort gelangen sie über das Blut auch ins Gehirn, in die Leber und andere Organe. Besonders gefährlich ist die Entzündung des Hirns und seiner Hirnhäute (Meningoenzephalitis)

Befallenes Lungengewebe

Kultur auf Agar (weiß: Candida)

© Wikimedia commons

© Dr David Ellis

2 Mykosen2.4 Cryptococcus neoformans2 Mykosen2.4 Cryptococcus neoformans

Cryptococcus neoformans, Tusche-Färbung Cryptococcose der Lunge eines AIDS Patienten

© CDC / Dr. Leanor Haley Leanor Haley © CDC / Dr. Edwin P. Ewing, Jr.

2 Mykosen2.4 Cryptococcus neoformans2 Mykosen2.4 Cryptococcus neoformans2 Mykosen2.4 Cryptococcus neoformans

1: Konidien, 2: Konidienträger, 3: Mycel

P. notatum lieferte das erste Penicillin (A.Fleming, 1928)

P. camemberti und P. roquefortii werden als Edelschimmel

in der Käseherstellung verwendet© Pearson Studium 2009

3 nützliche Pilze3.1 Penicillium spec.3 nützliche Pilze3.1 Penicillium spec.

Die meisten Antibiotika stammen ursprünglich aus Pilzen

© Pearson Studium 2009

3 nützliche Pilze3.2 Antibiotika produzierende Pilze3 nützliche Pilze3.2 Antibiotika produzierende Pilze

Die DNA ist als Doppelstrang organisiert. Die darin enthaltene Erbinformationist in der Abfolge von vier verschiedenen Nukleotiden kodiert.

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.1 DNA als Träger der Erbinformation

Prokaryot EukaryotTranskription und Translation

Bei Prokaryoten hemmt Rifampicindie RNA-Polymerase und verhindertdie Transkription.

Bei Eukaryoten bindet α-Amanitin (Gift des Knollenblätterpilzes) an die RNA-Polymerase II und hemmt so die Transkription.

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.2 Transkription und Translation

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.2 Transkription und Translation

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.3 Initiation der Transkription

© Pearson Studium 2009

Actinomycin hemmt die Transkriptiondurch Einlagerung in die DNA.

codierender Strang

codogener Strang

4 Molekularbiologie4.3 Transkription

Bei Eukaryoten mussdie zunächst synthetisierteprä-mRNA vor dem Export aus dem Zellkern nochprozessiert werden.

4 Molekularbiologie4.4 Prozessierung der prä-mRNA

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5 Translation (Übersicht)

Mit Hilfe des genetischen Codes wird jedemBasentriplett genau eine Aminosäure bzw. einStop-Signal zugeordnet. Der Code gilt universell,nur in den Mitochondrien kommt es zu kleinenAbweichungen.

Aufgrund der Universalität des genetischenCodes können z.B. Gene des Menschen inBakterien übertragen werden und führen dortzur Produktion desselben Proteins. So kann z.B.die weltweit benötigte Menge an humanem Insulin nur mit Hilfe gentechnisch veränderter E.coli-Bakterien produziert werden.

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.1 Der genetische Code

zweidimensionale Struktur(Kleeblattstruktur)

dreidimensionale Struktur

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.2 Struktur der tRNA

Durch spezifische Enzyme wird jedetRNA mit der Ihrem Anticodonentsprechenden Aminosäurebeladen.

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.3 Beladung der tRNAs

© Pearson Studium 2009

P-Stelle= Peptidyl-Stelle

A-Stelle= Aminoacyl-Stelle

4 Molekularbiologie4.5.4 Aufbau des Ribosoms

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.5 Initiation der Translation

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.6 Translationszyklus

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.5.7 Termination der Translation

© Pearson Studium 2009

4 Molekularbiologie4.6 Synthese von Proteinen ins ER-Lumen

Mit Hilfe molekularbiologischer Methoden können viele Untersuchungs-ergebnis deutlich schneller erhalten werden. Bei Verdacht auf bestimmtebakterielle oder virale Infektionen kann die PCR innerhalb weniger Stunden die Anwesenheit entsprechender DNA in der analysierten Probebestätigen oder ausschliessen.

Bordetella pertussis herkömmlicher Nachweis: 3-4 TageNachweis mit Hilfe der PCR innerhalb von 3-4 Stunden möglich

Ebenso ermöglicht die PCR z.B. einen deutlich früheren HIV-Nachweis als der Standardtest, der die Antikörper gegen das Virus im Blut nachweist (Serokonversion erst ca. 6 Wochen nach Infektion).

5 Molekulare Diagnostik5.1 Die PCR

Die verwendeten DNA-Primer sind komplementär zur gesuchten DNA-Sequenz. Die verwendete DNA-Polymerase muss hitzestabil sein und stammt z.B. aus Thermophilus aquaticus (TAQ-Polymerase)

Die PCR

(Einbau durchTAQ-Polymerase)

1) Denaturierung30 sec 94°C

2) Annealing45 sec 52°C

3) Amplifikation90 sec 60°C

PCR-Zyklus

Gesamtdauer pro Zyklus: ca. 3 min

Nach 25-30 Wiederholungen des PCR-Zyklus ist die Zielsequenz so häufig vermehrt worden, dass sie angefärbt werden kann.

PCR Analyse, Diagnostik

Erreger, Nukleinsäure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Bordetella pertussis, DNAKeuchhusten

X X

Borrelia burgdorferi, DNABorelliose

X X X X X

Cytomegalie-Virus (CMV), DNA X X X X X X

Chlamydia trachomatis, DNA X X

Hepatitis B-Virus, DNA (qualitativ) X

Hepatitis B-Virus, DNA (semiquantitativ) X

Hepatitis C-Virus, RNA (qualitativ) X

Hepatitis C-Virus, RNA (quantitativ) X

Herpes simplex-Virus Typ 1,2 (HSV), DNA X X X

HIV 1, RNA (quantitativ) X

Mycobacterium tuberculosis, DNA X X X X

Papillomaviren (HPV), DNA X X

1 = 5 ml EDTA Blut (Gerinnung verhindert)2 = 1 ml Urin3 = 1 - 2 ml Liquor4 = Sputum / BBAL5 = Abstrich (genital)6 = Gewebebiopsie

7 = Hautbiopsie 8 = Trachealsekret9 = Gelenkpunktat10 = Gehirnbiopsie11 = 10 ml Fruchtwasser12 = Abstrich

1 = 5 ml EDTA Blut (Gerinnung verhindert)2 = 1 ml Urin3 = 1 - 2 ml Liquor4 = Sputum / BBAL5 = Abstrich (genital)6 = Gewebebiopsie

7 = Hautbiopsie 8 = Trachealsekret9 = Gelenkpunktat10 = Gehirnbiopsie11 = 10 ml Fruchtwasser12 = Abstrich

Göttinger Forscher finden ein Verfahren zur Behandlung einer erblich bedingten, tödlichen Stoffwechselkrankheit. Weitere Forschungen sollen die Anwendbarkeit am Menschen klären.Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Göttingen ist es erstmals gelungen, in einem Mausmodell eine erblich bedingte tödliche Stoffwechselkrankheit, die sogenannte Molybdän-Cofaktor (MoCo) Defizienz, mit Hilfe von Gentherapie zu heilen. Ursache dieser seltenen Erbkrankheit ist ein Defekt an einem einzigen Gen - dem Gen MOCS1. Sie setzten spezielle Viren ein, die so verändert sind, dass sie als Transport-Vehikel - auch Gen-transfervektoren- dienen können. Diese Viren binden gezielt an spezifische Zellen und transportieren die genetische Information genau dorthin, wo sie im Organismus fehlt. Mit Hilfe der Gentransfervektoren ist es gelungen, die fehlende genetische Information im Organismus der Mäuse zu ersetzen. Alle notwendigen Komponenten für den Stoffwechsel wurden wieder produziert. Die Mäuse entwickelten sich normal.

Informationsdienst Wissenschaft, 12.02.2007

Beispiel für eine erfolgreiche Gentherapie