Scheffel-Gymnasium: BIO-LK

Problem: Warum gibt es überhaupt noch Bakterien? Können sich Bakterien gegen Phagen wehren?
Warum setzt man Phagen nicht als Medikamente gegen Bakterienkrankheiten ein?

Bakterien und Phagen haben sich im Laufe der Evolution durch gegenseitige Abwehrstrategien angepasst:
- Die Bakterien besitzen "Schneide-Enzyme" (Restriktionsenzyme) mit deren Hilfe sie die zellfremde Phagen-DNA zerschneiden können um sie unschädlich zu machen. Um ihre eigene DNA vor diesen Enzymen zu schützen, wird die eigene DNA durch ein Enzym (Methyltransferase) chemisch verändert (durch Anhängen einer Methylgruppe an die Basen). (>Substratspezifität!) siehe LK-Abitur 2002
- Die Phagen reagieren darauf, indem sie entweder versuchen, die Restriktionsenzyme sofort zu blockieren oder indem sie die Methyltransferase der Bakterien benützen, ihre Phagen-DNA sofort nach der Injektion ebenfalls methylieren zu lassen. Dadurch ist ihre DNA "getarnt" und kann nicht mehr von den Restriktionsenzymen gespalten werden >Lytischer Zyklus. Umgekehrt muss die Substratspezifität der Phagen-DNase so genau sein, dass sie zwar die Bakterien-DNA auflöst, aber nicht die eigene Phagen-DNA!
- Die Bakterien verändern die Oberflächenchemie ihrer Zellen (z.B.Schleimkapsel..) und verhindern so die Anheftung der Schwanzfibern, die wie Schlüssel und Schloss passen müssen.

Phagen als Medikamente wären grundsätzlich denkbar (siehe Einsatz von Viren als Gen-Fähren), aber die Phagenvermehrung würde ihrerseits eine heftige Immunantwort (allergischer Schock) auslösen.

Nachtrag: Ein weiterer DNA-Beweis: Hershey-Chase-Experiment

Problem: Welche Substanz wird von einem Phagen injiziert? DNA oder Eiweiß?
à radioaktive Markierung

1) Die Hülle wird markiert mit radioaktivem Schwefel S* ( S* ist in Eiweiß enthalten, aber nicht in DNA! )

Ergebnis: Radioaktivität bleibt außerhalb der B.zelle, d.h. Eiweiß ist nicht Erbsubstanz!

2) DNA wird mit radioaktivem Phosphor P* markiert ( P* ist in DNA enthalten, aber nicht in Eiweiß!)

Ergebnis: Radioaktivität ist nach der Injektion in der Zelle,

d.h. DNA ist die Erbsubstanz !

VIREN
Merke: Viren sind keine echten Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen, d.h. keine eigene Zelle besitzen. Sie müssen sich zur Vermehrung in lebende Zellen einschleusen und den Stoffwechsel der Wirtszelle zur eigenen Vermehrung manipulieren. Viren sind Zellparasiten! Sie bestehen nur aus Erbgut und Proteinhülle.
Skizze:(vereinfacht) Viren, die eukaryotische Zellen befallen:	Skizze: Viren, die Bakterienzellen befallen: Bakteriophagen (=Phagen)


Beispiele: Tollwut, Polio, Pocken, AIDS, Herpes..
Vermehrung der Bakteriophagen
a) Der lytische Zyklus
Skizze:	Ablauf:
	1) Adsorption: Die Phagen setzen sich auf der Oberfläche der Bakterien fest (= Anheftung). 2) Injektion: Die Phagen-DNA wird in die Wirtszelle eingespritzt.
	3) Synthese: a) Bakterien-DNA wird aufgelöst. b) Phagen-DNA wird vervielfältigt c) Eiweiß-Hüllbausteine werden hergestellt. d) Phagen bauen sich selbst zusammen (self assembly ) 4) Lyse: Das Bakterium platzt und setzt ca. 200 Viren frei.
b) Lysogener Zyklus
Die Viren können statt einer sofortigen Lyse auch „friedlich“ sein, indem sie sich in die DNA des Wirts integrieren: temperente Phagen.
Skizze:	Ablauf:
	1) Adsorption: s.o. 2) Injektion s.o. 3) a) Einbau als Prophage b) Vermehrung der lysogenen Bakterien samt Prophagen 4) Lyse: durch äußere Einflüsse = Induktion befreit sich der Prophage und startet den lytischen Zyklus. s.o.