Infektiöse Makromoleküle

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Infektiöse Makromoleküle: Viren, Bakteriophagen, Prionen und Viroide

Allgemeine Einführung in infektiöse Makromoleküle

Infektiöse Makromoleküle wie Viren, Bakteriophagen, Prionen und Viroide sind entscheidend im Verständnis der modernen Mikrobiologie. Im Gegensatz zu lebenden Organismen, die aus Zellen bestehen, sind diese Agenten typischerweise zellfrei und nutzen Wirtszellen, um sich zu vermehren oder zu verbreiten. Ihr Hauptunterschied zu Lebewesen liegt in deren Unfähigkeit, unabhängig zu existieren und sich fortzupflanzen; sie benötigen eine Wirtszelle für diese Prozesse.

  • Viren sind wohl die bekanntesten infektiösen Agentien und bestehen aus Nucleinsäuren (DNA oder RNA) umgeben von einem Proteinmantel.
  • Bakteriophagen sind Viren, die spezifisch Bakterien infizieren.
  • Prionen sind infektiöse Proteinmoleküle, die ohne Nucleinsäuren agieren und durch die Änderung der Proteinstruktur Krankheiten verursachen.
  • Viroide sind kleine einzelsträngige RNA-Moleküle, die ohne ein proteinbasiertes Kapsid vorkommen und vor allem Pflanzen infizieren.

Infektiöse Makromoleküle haben auch eine beträchtliche ökologische und biotechnologische Bedeutung, zum Beispiel bei der Regulation von Populationen oder als Werkzeuge in der Gentechnik.

Bakteriophagen und ihre Mechanik

Bakteriophagen spielen eine zentrale Rolle bei der horizontalen Genübertragung durch Prozesse wie die Transduktion. Hierbei wird genetisches Material von einem Bakterium zum anderen übertragen, oft mit signifikanten Folgen für die genetische Diversität und Evolution von Bakterien.

Transduktion verstehen

Bakteriophagen können während ihrer Vermehrung unbeabsichtigt bakterielle DNA aufnehmen und diese in andere Bakterienzellen einführen. Dieser Prozess ist besonders relevant für das IMPP, da hier grundlegende Mechanismen der Molekularbiologie sowie genetischer Austausch abgefragt werden können.

Der Lebenszyklus der Bakteriophagen

Der Zyklus von Bakteriophagen.1
  1. Bindung des Phagen an die Bakterienzelle.
  2. Injektion der Phagen-DNA in die Zelle.
  3. Übernahme der zellulären Maschinerie zur Produktion neuer Phagen.
  4. Zusammenbau und Freisetzung der neuen Phagen, oft unter Zerstörung der Wirtszelle.

Diese Mechanismen sind nicht nur für das Verständnis von Bakterienphagen wesentlich, sondern haben auch praktische Anwendung in der biotechnologischen Forschung und Therapie gefunden.

Viren vs. Bakteriophagen

Viren und Bakteriophagen haben viele Gemeinsamkeiten, darunter ihre Abhängigkeit von Wirtszellen. Doch ein merklicher Unterschied ist, dass Viren im Gegensatz zu Bakteriophagen keine Sporen bilden können, um ungünstige Bedingungen zu überleben.

Prionen - infektiöse Proteine

Prionen sind einzigartig, da sie keine Nucleinsäuren enthalten, sondern ausschließlich als infektiöse Proteinstrukturen agieren. Sie sind in der Lage, ihre fehlgefalteten Formen auf physiologisch normale Prionproteine zu übertragen, was zu ernsthaften neurodegenerativen Erkrankungen führt.

Struktur von Prionen.2

Viroide - RNA-basierte pflanzenpathogene

Viroide sind eine seltene Klasse infektiöser Agentien, die ausschließlich aus einer kleinen, ringförmigen RNA bestehen. Sie infizieren Pflanzen, replizieren sich in diesen und führen oft zu Krankheiten, die erheblichen wirtschaftlichen Schaden verursachen können.

Zusammenfassung

  • Infektiöse Makromoleküle wie Viren, Bakteriophagen, Prionen und Viroide nutzen Wirtszellen zur Reproduktion, da sie außerhalb einer Wirtszelle nicht selbstständig existieren können.
  • Viren sind aus DNA oder RNA bestehende Makromoleküle, die von einem Proteinmantel umgeben sind und eine Vielzahl von Organismen befallen können.
  • Bakteriophagen sind spezialisierte Viren, die Bakterien infizieren und durch den Prozess der Transduktion genetisches Material zwischen Bakterien übertragen können.
  • Prionen sind atypische infektiöse Agenten, die ausschließlich aus Proteinen bestehen und schwere neurodegenerative Krankheiten verursachen, indem sie normale Proteine in fehlgefaltete Formen umwandeln.
  • Viroide sind kleine, ringförmige RNA-Moleküle, die ohne Proteinmantel existieren und vorrangig Pflanzen infizieren, was zu erheblichen Ernteausfällen führen kann.
  • Der Lebenszyklus von Bakteriophagen umfasst die Anbindung an die Bakterienzelle, die Injektion ihrer DNA, die Übernahme der zellulären Mechanismen zur Erzeugung neuer Phagen und schließlich die Freisetzung neuer Phagen, die häufig die Wirtszelle zerstören.

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Footnotes

  1. Credits Der Zyklus von Bakteriophagen. Grafik: Christoph Leberecht, Lytischer zyklus, CC BY-SA 3.0 DE↩︎

  2. Credits Struktur von Prionen. Grafik: PoopAcidMaker, Major prion protein, CC BY-SA 4.0↩︎