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3.1 Das Antibiotika
- sind Stoffe, die Bakterien schon in geringer Konzentration in ihrem Wachstum hemmen oder abtöten
- die meisten Antibiotika wirken auf den genetischen Apparat von Prokaryoten und hemmen dort die Translation - so führt z.B. Streptomycin am 70s Ribosom zu Ablesefehlern bei der m-RNA
- Antibiotika werden zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten eingesetzt
- die geläufigste Form der Antibiotika ist das Penizillin:
- ist ein Pilz, der einen Wirkstoff absondert, der das Wachstum der Bakterien hemmt, den Eukaryoten jedoch nicht schadet (Fleming)
- Penizillin tötet nur Bakterien, die sich in der Teilung befinden, da es die Zellwandbildung außer Kraft setzt: (dies läuft folgendermaßen ab)
- das Penizillin inaktiviert ein Enzym, das für die Quervernetzung der Peptidketten des Mureins ( Baustoff der Zellwand) verantwortlich ist
- folglich können die Zellen nicht die mitotische Teilung durchführen, da eine Zellwandbildung und somit eine Trennung der beiden Zellen ausgeschlossen ist
- trotz der nicht abgeschlossenen Zellteilung, beginnt die Zelle zu wachsen sie wächst um ein Vielfaches der normalen Bakteriengröße - bis sie schließlich zerplatzt
- da die Zellwand nur bei Gram-positiven Bakterien allein aus Murein besteht, werden Gram-negative Bakterien durch Penizillin nicht beeinträchtigt
- im Laufe der Zeit treten mehr und mehr Bakterien auf, die gegen sonst wirksame Antibiotika resistent geworden sind
- diese Eigenschaft wird an die Nachkommen weitergegeben, ist also vererbbar
- die Resistenz muß also aufgrund einer genetischen Informationsveränderung durch Mutation erfolgen
- um diese These zu beweisen, entwickelten die Biologen M. Delbrück und E. Luria den Fluktuationstest
3.2 Der Fluktuationstest
- der Nachweis von resistenten Bakterien auf antibiotikumhaltigem Nährboden könnte als Anpassung an die Kulturbedingung interpretiert werden - so wäre die Resistenzweitergabe eine Vererbung erworbener Eigenschaften, daß würde bedeuten, daß das Antibiotikum selber die genetische Veränderung bewirkt
- Mutationen werden jedoch grundsätzlich als zufällige Vorgänge eingestuft - also muß die Antibiotikaresistenz eine von vielen Mutationen sein, die auch ohne den Kontakt mit Antibiotika auftritt
Der Fluktuationstest läuft folgendermaßen ab:
1. Eine Bakterienkultur wird angesetzt, die für alle weiteren Versuche benutzt wird
1.1 Eine Probe der Bakterienkultur wird auf antibiotikumhaltigem Nährboden ausgebreitet
Ergebnis: Alle Bakterien sterben ab, da keine resistenten Zellen
vorhanden sind
2. Der Anfangskultur werden zwei Ansätze A und B entnommen
2.1 Die Kultur von Ansatz A wird in einem Reagenzglas belassen - die Kultur von Ansatz B wird auf 40 Reagenzgläser aufgeteilt
2.2 Beide Kulturen werden auf jeweils 40 antibiotikumhaltige Nährböden verteilt
Ergebnis: In der Versuchsreihe A tritt auf allen Platten etwa die gleiche Anzahl antibiotikaresistenter Kolonien auf.
Im Ansatz B mit den getrennt kultivierten Proben, zeigt das Ergebnis starke Unterschiede (auch Fluktuationen genannt)
3. Vergleicht man die beiden Kulturen, so läßt sich jedoch feststellen, daß die Gesamtzahl der antibiotikaresistenten Bakterien gleich ist
- die Streuung der Anzahl resistenter Kolonien auf den Platten des Ansatzes B widerlegt, daß die Mutationen durch den Kontakt mit dem Antibiotikum entstanden sind - sonst wäre die Anzahl der resistenten Bakterien aus Ansatz B auf allen Platten etwa gleich gewesen
- so weist der Fluktuationstest nach, daß die Resistenz ein zufälliges Mutationsergebnis ist, und schon vor dem Kontakt mit dem Antibiotikum entsteht
3.3 Die Mangelmutanten
- die Antibiotikaresistenz ist jedoch nur eine von vielen Mutationen
- viele Mutationen sind Mangelmutanten, sie haben die Fähigkeit der Synthese einer zum Wachstum benötigten Verbindung (z.B. Aminosäure) verloren
- um Mangelmutanten aufzufinden benutzt man verschiedene Nährlösungen, denen die jeweils benötigten Aminosäuren fehlen - überträgt man eine Kolonie auf einen Nährboden dem Leucin fehlt, so können Leucin-Mangelmutanten auf diesem Boden nicht gedeihen
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