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Griffith – Transformation bei Bakterien 06:57 min

Textversion des Videos

Transkript Griffith – Transformation bei Bakterien

Hallo, willkommen zum Video „Versuche mit Bakterien“. Wir besprechen den Versuch von Griffith. In diesem Versuch erfährst du Folgendes: Du erfährst, wer Griffith war. Du lernst etwas über die Streptokokken-Bakterien. Danach besprechen wir den Versuchsablauf. Du lernst, wieso dieser Versuch den Nachweis der Transformation lieferte und du lernst, was man unter diesem Prozess versteht. Frederick Griffith war ein britischer Mediziner und Bakteriologe. Er führte in den zwanziger Jahren Versuche durch, um einen Impfstoff gegen Streptokokken zu entwickeln. Er führte sein berühmt gewordenes Experiment im Jahre 1928 durch. Er benutzte Bakterien des Stammes „streptococcus pneumoniae“. Diese Bakterien können bei Menschen schwere, teilweise lebensgefährliche Infektionen und Entzündungen hervorrufen, darunter zum Beispiel die Lungenentzündung. Griffith experimentierte mit Mäusen und verschiedenen Stämmen des Bakteriums. Griffith verwendete für seine Versuche den sogenannten „S-Stamm“ und den „R-Stamm“ von streptococcus pneumoniae. Der Buchstabe „S“ kommt vom englischen Wort „smooth“, was auf Deutsch „glatt“ bedeutet. Der S-Stamm verdankt sein glattes Erscheinungsbild einer Schleimkapsel. Der S-Stamm ist krankheitserregend. Man spricht auch von einem infektiösen oder einem pathogenen Stamm. Der R-Stamm verdankt den Namen dem rauen Erscheinungsbild, R wie „rau“. Die Bakterien dieses Stammes bilden nämlich keine Schleimkapsel aus. Da ihnen die Fähigkeit zur Schleimkapselbildung fehlt, sind sie nicht krankheitserregend, es handelt sich deshalb um einen nicht pathogenen Stamm. Wir kommen zum Ablauf des Versuchs. Die Streptokokken des S-Stamms wurden mit Hilfe einer Injektion auf Labormäuse übertragen. Der S-Stamm ist krankheitserregend, die Maus stirbt also in Folge einer Infektion. Das Gleiche wurde auch mit dem nicht krankheitserregenden R-Stamm der Streptokokken durchgeführt. Die Bakterien wurden durch eine Injektion Labormäusen verabreicht. Da Streptokokken des R-Stammes keine Schleimkapsel aufweisen und keine Infektionen auslösen, überleben die Mäuse. Als nächstes nahm Griffith die pathogenen Bakterien des S-Stamms und setzte sie hoher Hitze aus. Dadurch erhielt er einen hitzebehandelten, abgetöteten S-Stamm. Die Streptokokken des abgetöteten S-Stamms wurden wieder in Labormäuse injiziert. Da alle krankheitserregenden Bakterien jedoch abgetötet waren, haben die Mäuse überlebt. Es kam zu keinen Infektionserscheinungen. Als Nächstes wurden die abgetöteten Bakterien des S-Stamms und die Bakterien des R-Stamms verwendet. Es wurde eine gleichzeitige Injektion in Labormäuse durchgeführt. Du erinnerst dich, wenn man einen der beiden Stämme einzeln der Maus injiziert, kommt es zu keiner Infektion und die Maus überlebt. Nach einer gleichzeitigen Injektion beider Stämme stirbt die Maus jedoch. Griffith stellte überrascht dieses Phänomen fest und stellte sich die Frage: Wieso stirbt die Maus in diesem Fall? Um der Sache näher auf den Grund zu gehen, untersuchte Griffith die toten Mäuse. Er konnte die Bakterien isolieren, die bei der Maus zu einer tödlichen Infektion geführt haben. Griffith stellte zu seiner großen Überraschung fest, dass es sich um Streptokokken des R-Stamms handelte, die aber trotzdem eine Schleimkapsel ausbilden konnten. Die Fähigkeit zur Ausbildung einer Schleimkapsel verwandelte den R-Stamm zu einem pathogenen Stamm. Wie konnte dies geschehen? Der abgetötete S-Stamm enthält immer noch die Erbinformation für die Schleimkapsel. In der Bakterienmischung lag deshalb unter anderem freie DNA vor. Der gleichzeitig verabreichte R-Stamm ohne Schleimkapsel war nicht pathogen. Griffith schlussfolgerte daraus, dass es zu einer Übertragung der Erbinformation vom abgetöteten S-Stamm auf den R-Stamm gekommen sein muss. Durch die Aufnahme der Erbinformation, also der DNA, erlangte der R-Stamm nun die Fähigkeit zur Bildung einer Schleimkapsel. Der R-Stamm mit der Schleimkapsel war nun somit pathogen. Das von Griffith entdeckte Phänomen wird als „Transformation“ bezeichnet. Transformation ist die Aufnahme freier DNA aus der Umgebung in ein Bakterium oder eine andere Zelle. Ein Bakterium kann bestimmte Oberflächenproteine aufweisen, die für die Erkennung und das Einschleusen von DNA verantwortlich sind. Wir kommen zur Zusammenfassung des Versuches von Griffith: Die Injektion des pathogenen S-Stamms führte zum Tod der Maus. Nach der Verabreichung des nicht pathogenen R-Stamms überlebt die Maus. Nach der Injektion des abgetöteten S-Stamms überlebt die Maus auch. Nach einer gleichzeitigen Injektion des abgetöteten S-Stamms und des R-Stamms kommt es zum Tod der Maus. Der Versuch von Griffith lieferte einen Nachweis, dass bei Bakterien die Aufnahme von DNA aus der Umgebung möglich ist. Diesen Prozess nennt man Transformation. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss, bis zum nächsten Video!

5 Kommentare
  1. ein wirklich sehr sehr gutes Video! Danke! Wäre aber gut, wenn es dazu auch eine Textversion gäbe

    Von R. L., vor fast 2 Jahren
  2. Eine Textversion wäre sehr gut.

    Von 0kalinka, vor etwa 2 Jahren
  3. Sehr gutes Video

    Von Janik B., vor mehr als 3 Jahren
  4. Eine Textversion bitte

    Von Bdeurope, vor etwa 5 Jahren
  5. Richtig gut erklärt :) danke

    Von Henri Koch, vor etwa 6 Jahren

Griffith – Transformation bei Bakterien Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Griffith – Transformation bei Bakterien kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere den Begriff pathogen.

    Tipps

    Der S-Stamm der Bakteriengattung Pneumococcus ist ein pathogener Stamm. Als Griffith diesen Stamm Mäusen injizierte, starben sie. Pathogene müssen aber nicht immer zum Tod führen.

    Lösung

    Krankheitserreger werden auch als Pathogene bezeichnet. Das Wort stammt vom griechischen pathos ab, welches Leiden oder Krankheit bedeutet.
    Wenn hier also von pathogenen Bakterienstämmen die Rede ist, dann sind sie krankheitserregend oder potenziell krankmachend.
    Je nach Giftigkeit (Toxizität) können Pathogene auch tödlich sein. Das ist aber kein zwingendes Kriterium. Streptococcus pneumoniae ist beispielsweise nur wenig toxisch.

  • Zeige auf, dass streptococcus pneumoniae eine Lungenentzündung auslösen kann.

    Tipps

    Das Wort Pneumatik (von pneuma für Luft) bezeichnet den Einsatz von Druckluft in Wissenschaft und Technik, z. B. auch bei der Herstellung von PET-Flaschen.

    Eine Lungenentzündung wird in der Medizinersprache als Pneumonie bezeichnet.

    Lösung

    Auch wenn sich viele Krankheiten und andere Begriffe der Medizin (und damit auch teilweise der Biologie) zunächst kompliziert anhören, sind sie meistens recht logisch ausgewählt. So auch hier.

    Pneumokokken können als Lungenkörner übersetzt werden. Sie sind für die Lungenentzündung (Pneumonie) verantwortlich.
    Das altgriechische Wort pneúmōn bedeutet also so viel wie Lunge.

  • Stelle die Unterschiede zwischen dem R- und dem S-Stamm des Streptokokken-Bakteriums dar.

    Tipps

    Bakterien vom S-Stamm führten bei den Versuchen von Griffith zum Tod seiner Labormäuse.

    Beim S-Stamm sind jeweils zwei Zellen von einer Schleimkapsel umgeben – S von smooth für glatt.

    Lösung

    Griffith untersuchte zwei Stämme der Bakteriengattung Pneumococcus:
    Der S-Stamm ist glatt (S von smooth) und bildet eine Schleimkapsel um je zwei Zellen. Diese schützt die Bakterien vor den Zellen des Immunsystems und ist deshalb krankheitserregend, also pathogen.
    Den Bakterien des R-Stammes (R von rough für rau) fehlt dagegen die Schleimkapsel. Das Immunsystem des Wirtes wird deshalb mit diesem Stamm eher fertig. Er ist also nicht krankheitserregend und dementsprechend auch nicht pathogen.

  • Skizziere die Herstellung transgener Pflanzen.

    Tipps

    Transferiert Agrobacterium tumefaciens seine DNA in Pflanzenzellen, wie du es hier in der Abbildung erkennen kannst, dann werden diese vervielfältigt und führen zur Bildung von Tumoren.

    Lösung

    Agrobacterium tumefaciens schleust Teile seines Erbmaterials in die Pflanzenzellen ein. Dafür nutzt das Bakterium Verletzungen der Pflanze, um in Pflanzenzellen zu gelangen und seine Bakterien-DNA in das Pflanzengenom einzubauen. Durch den Einbau der Agrobakterium-DNA kommt es bei den Pflanzen zu Tumoren, wie du rechts in der Abbildung erkennen kannst.
    Der Vorgang des Gentransfers wird in der Gentechnik zunutze gemacht. Die Gene, die für die Ausbildung der Tumore verantwortlich sind, werden aber ausgeschaltet – keiner möchte Pflanzen mit Wucherungen.
    Stattdessen werden andere Informationen in das Agrobakterien-Genom integriert. Überträgt Agrobacterium tumefaciens sein Plasmid dann auf die Pflanzenzelle, so kann diese DNA in das Pflanzengenom eingebaut werden. Dies führt dazu, dass die Pflanze diese Informationen weiter verarbeitet und so z. B. Stoffe zum eigenen Schutz produzieren kann.
    Im Jahre 2009 waren etwa 9 % der weltweiten landwirtschaftlich genutzten Flächen mit transgenen Nutzpflanzen angebaut. Ziele der Grünen Gentechnik sind z. B. eine höhere Toleranz gegenüber Pflanzenschutzmitteln oder eine ausgebildete Giftigkeit für Parasiten und anderen Schadinsekten. Auch Zierpflanzen (Blaue Rose) werden z. T. genetisch verändert.

    Übrigens findet die Gentechnik nicht nur in der Pflanzenwelt Anwendung. Es gibt auch genetisch veränderte Tiere. Auch hier werden Gene modifiziert und so gezielt abgeschaltet und andersherum gezielt eingebracht. Transgene Tiere werden in der Forschung beispielsweise dafür eingesetzt, menschliche Proteine zu bilden, die vom Menschen nicht produziert werden können. Die Gentechnik wird aber auch in der Nahrungsmittelproduktion genutzt, um z. B. Rinder zu züchten, die gegen BSE (Rinderwahn) resistent sind. Auch zur Stechmückenbekämpfung oder zur Bekämpfung von Geflügelpest werden gentechnische Verfahren eingesetzt.

  • Skizziere den Versuch, den Griffith 1928 durchgeführt hat.

    Tipps

    Lebende S-Bakterien besitzen eine Schleimkapsel (S für smooth, also glatt), die jeweils zwei Zellen umgibt.

    Die dritte Injektion enthält S-Bakterien, die durch Hitze abgetötet wurden.

    Trotz der Injektion von abgetöteten S-Bakterien stirbt die Maus überraschenderweise, wenn die Injektion auch R-Bakterien enthält. Diese Tatsache brachte Griffith auf die Spur der Transformation.

    Lösung

    Der Brite Frederick Griffith führte im Jahr 1928 Versuche mit zwei Stämmen der Bakteriengattung Pneumococcus durch.
    Beim S-Stamm werden je zwei Zellen von einer Schleimkapsel umgeben (S von smooth für glatt). S-Pneumokokken führen zu einer Lungenentzündung, die für Mäuse tödlich ist.
    Dem R-Stamm fehlt die schützende Schleimkapsel (R von rough für rau). Deshalb kann er vom Immunsystem des Wirtes bekämpft werden und führt so nicht zum Tode.

    Griffith injizierte Mäusen lebende S-Bakterien, was zum Tod der Mäuse führte.
    S-Bakterien, die durch Hitze abgetötet wurden, waren für die Tiere harmlos. Auch lebende R-Bakterien waren für die Mäuse ungefährlich.
    Nun kombinierte Griffith in einer weiteren Injektion lebende R-Bakterien und hitzeabgetötete S-Bakterien.
    Überraschenderweise starben die Mäuse, obwohl Griffith vorher festgestellt hatte, dass die Bakterien jeweils vorher ungefährlich waren. In den toten Mäusen konnten lebende S-Bakterien nachgewiesen werden. Wie ist das möglich, wo doch gar keine lebende, sondern abgetötete S-Bakterien injiziert wurden?
    Griffith sprach vom transformierenden Prinzip. Er kannte zwar die dafür verantwortliche Substanz (DNA) nicht, schlussfolgerte aber, dass die Information der Kapselbildung aus den abgetöteten S-Bakterien an die lebenden R-Bakterien übertragen worden sein muss.

    Erst Avery stellte 1944 fest, dass die DNA das transformierende Prinzip darstellt.

  • Untersuche die Möglichkeiten des Gentransfers bei Bakterien.

    Tipps

    Bei der Transduktion dienen Phagen (Bakterienviren) als Überträger von bakterieller DNA.

    Bei der Konjugation wird über einen Plasmakanal das ringförmige F-Plasmid (F für Fertilitätsfaktor) übertragen. Dieses verleiht der Zelle überhaupt erst die Fähigkeit, diesen Pilus auszubilden.

    Lösung

    Bakterien sind wie Eukaryoten auch in der Lage, Rekombination zu betreiben. Dies geschieht aber nicht über sexuelle Fortpflanzung. Bei Bakterien spricht man von Parasexualität. Es sind mehrere parasexuelle Vorgänge bekannt:

    • Die Übertragung von genetischer Information durch isolierte DNA wird als Transformation bezeichnet. Das transformierende Prinzip wurde erstmals von Frederick Griffith beschrieben.
    • Als Konjugation bezeichnet man die Übertragung von DNA durch eine Plasmabrücke. Die beiden Zellen stehen in direktem Kontakt und es wird das sogenannte F-Plasmid übertragen, welches den Fertilitätsfaktor enthält.
    • Bei der Transduktion dienen Phagen, also Bakterienviren, als Überträger bakterieller DNA. Hierbei werden über eine Infektion von Bakterien Teile der Bakterien-DNA in neue Phagen eingebaut. Befallen diese dann neue Bakterien, kann über den Umweg der Phagen Rekombination stattfinden.