Bakteriengenetik

1. Bauplan eines Bakteriums

Zellwand aus Murein

Zellmembran

Geißeln (Nicht immer vorhanden)

Zytoplasma

Bakterienchromosom

Plasmid

2. Warum sind Bakterien besonders geeignet?

Geringer Aufwand (steril)

Einfache Ernährung (kohlenstoffhaltig, energiehaltig, Mineralien)

3. Hälterung von Bakterien im Biofermenter

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)

Nährstoff-zufuhr

Heizung

Luft

Rührwerk

4. Experimente mit Bakterien (Lederberg und Tatum, 1946)

Bakterienmutante A

phe-, cys-, leu+, thr+ phe+, cys+, leu-, thr-

Bakterienmutante B

Auf Normalnährboden kein Wachstum

Bei Zugabe von phe, cys: Wachstum

Auf Normalnährbodenkein Wachstum

Bei Zugabe von leu, thr: Wachstum

Auf NormalnährbodenWachstum

?

1 : 1

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

Erklärung

F - Faktor

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.

F+

F-

F - Faktor

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.

F+

F-

Beide Bakterien haben nun die Fähigkeit einen Sexpilus auszubilden

F+

Erklärung

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

leu thr

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

leu thr

Verhalten des F-Faktors

phe

cys

leu thr

Verhalten des F-Faktors

phecys

leu thr

Durch ungenaues Ausschneiden zur Rückbildungdes F-Plasmids wir die Information zur Bildung von phe und cys in den Plasmidring integriert

Verhalten des F-Faktors

phecys

leu thr

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Das Plasmid wird verdoppelt und in das F- Bakterium eingeschleust

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Nach Einbau in das Bakterienchromosombesitzt diese Bakterienmutante nun dieInformation zur Herstellung von phe und cys.

Verhalten des F-Faktors

leu thr

Derselbe Vorgang könnte auch mit thr und leu ablaufen,so dass die Mutante über dieselben Eigenschaften wie die Normalform verfügt.

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