Bakt

Bakterien

1.EINLEITUNG Bakterien (griechisch bakterion: Stäbchen), große Gruppe mikroskopisch kleiner, einzelliger Organismen ohne echten, klar umrissenen Zellkern, die sich im Allgemeinen durch Zellteilung vermehren.
Bakterien sind winzig, zwischen einem Mikrometer (tausendstel Millimeter) und 0,75 Millimeter groß - eine Spezies der letzteren, für Bakterien ungewöhnlichen Größe wurde nach einem 1999 erschienenen Bericht der Zeitschrift Science am Meeresboden vor der Küste Namibias entdeckt; die Art erhielt den Namen Namibische Schwefelperle (Thiomargarita namibiensis). Bakterien versorgen sich auf unterschiedlichste Art mit Energie und Nährstoffen. 1998 gelang es erstmals, das Gewicht von Bakterien zu bestimmen: Die kleinsten Bakterien aus Tiroler Seen wiegen fünf bis zehn Fentogramm (50 bis 100 billionstel Gramm). Bakterien finden sich in nahezu jeder Umwelt: in Luft, Boden, Wasser, Eis und heißen Quellen. Sogar hydrothermische Öffnungen im Meeresboden der Tiefsee beherbergen Bakterien, die Schwefel für ihren Stoffwechsel nutzen. Manche Bakterienarten kommen in fast allen Lebensmitteln vor. Bakterien gehen auch in unterschiedlicher Weise Symbiosen mit den meisten Pflanzen und Tieren sowie anderen Lebensformen ein.

2.KLASSIFIKATION In der derzeit angewandten biologischen Systematik bilden Bakterien das Reich der Prokaryonten: Organismen, in deren Zellen das Kernmaterial nicht von einer Membran umgeben ist. Etwa 1 600 Arten sind bekannt. Im Allgemeinen werden Bakterien aufgrund bestimmter Eigenschaften systematisch zugeordnet, z. B. nach ihrer Form als Kokken (kugelförmig), Bazillen (stäbchenförmig) oder Spirochäten (spiralförmig); nach ihrer Zellwandstruktur; nach unterschiedlicher Färbbarkeit (siehe Gram-Färbung); nach der Fähigkeit, in An- oder Abwesenheit von Luft zu leben und zu wachsen (aerob bzw. anaerob); nach der Fähigkeit, unter ungünstigen Bedingungen Sporen zu bilden; nach serologischer Bestimmung ihrer Oberflächenbestandteile sowie nach ihrer Nucleinsäureverwandtschaft.
In einer gängigen Klassifizierung werden Bakterien aufgrund ihrer Zellwandeigenschaften vier Hauptgruppen zugeordnet. Zur Hauptgruppe der Gracilicutes zählen Bakterien mit dünnen, gramnegativen Zellwänden. Firmicutes besitzen dicke, grampositive Zellwände. Tenericutes verfügen über keine Zellwände, und bei den Mendosicutes sind sie aus einem anderen Material als dem für Bakterien typischen Peptidoglycan aufgebaut. Zu den Mendosicutes zählen die Archaebakterien, eine Gruppe ungewöhnlicher Organismen wie die methanbildenden Bakterien, die völlig anaerob leben und aus Kohlendioxid und Wasserstoff Methan bilden. Weitere Beispiele für Archaebakterien sind Halobakterien, die bei hohem Salzgehalt gedeihen, und die Thermoacidophilen, die schwefelabhängig und äußerst wärmeliebend sind. Es besteht die Ansicht, dass die Archaebakterien als eigenes Reich klassifiziert werden sollten, da sie sich, wie jüngste biochemische Untersuchungen ergaben, von den übrigen Bakterien grundsätzlich unterscheiden: Sie sind Eukaryonten, d. h. ihr Zellkern ist von einer Membran umgeben. Die vier Hauptgruppen werden weiter in 30 nummerierte Gruppen unterteilt. Einige davon werden wiederum in Ordnungen, Familien und Gattungen klassifiziert.
Als Gruppe 1 sind z. B. die Spirochäten angeführt, lange, spiralförmige Bakterien mit gramnegativer Zellwand und zwischen Zellwand und Zellmembran liegenden, faserigen Flagellen (Geißeln), die Fortbewegung ermöglichen. Der Syphillis-Erreger Treponema pallidum ist eine Spirochäte der Ordnung Spirochaetales und der Familie Spirochaetaceae.
Nicht alle Bakterien können sich bewegen, doch die mobilen unter ihnen sind im Allgemeinen mit schraubenartigen Fortsätzen versehen, den Flagellen. Diese können rund um die Zelle verteilt, an einem oder zwei Enden, einzeln oder in Büscheln auftreten. Je nachdem, in welche Richtung die Flagellen schlagen, bewegen sich Bakterien entweder vorwärts oder drehen sich auf der Stelle. Ob sich das Bakterium fortbewegt oder dreht, hängt von Rezeptoren in der Membran ab. Mit Hilfe dieser unterschiedlichen Bewegungsarten können sich Bakterien z. B. auf Nahrungsquellen zubewegen und von ungünstigen Umweltbedingungen entfernen. Bei einigen im Wasser lebenden Bakterien, die eisenreiche Partikel enthalten, wurde festgestellt, dass ihre Bewegung am Magnetfeld der Erde orientiert ist.

3.GENETIK Das Erbmaterial der Bakterienzelle liegt in Form eines kreisförmigen DNA-Doppelstranges vor (siehe Nucleinsäuren). Viele Bakterien besitzen auch kleinere kreisrunde DNA-Abschnitte, so genannte Plasmide, die ebenfalls Erbinformation enthalten, welche allerdings für die Fortpflanzung nicht wesentlich ist. Plasmide können durch so genannte Konjugation, einen Mechanismus zum Genaustausch, auf andere Bakterien übertragen werden. Weitere Methoden des Genaustauschs sind die Transduktion, bei der Bakterienviren (siehe Bakteriophage) DNA übertragen, und Transformation, wobei DNA direkt aus der Umgebung in die Bakterienzelle übernommen wird. Bakterienzellen vermehren sich durch Zellteilung. Dabei verdoppelt sich das genetische Material, das Bakterium dehnt sich aus, schnürt sich etwa in der Mitte ab und teilt sich vollständig. Es entstehen zwei Tochterzellen, die im Wesentlichen mit der Mutterzelle identisch sind. Einige Bakterien teilen sich alle 20 bis 40 Minuten. Unter günstigen Bedingungen, bei einer Zellteilung alle 30 Minuten, kann nach 15 Stunden aus einer einzigen Zelle eine Nachkommenschaft von etwa einer Milliarde entstehen. Eine solche Kolonie ist mit bloßem Auge wahrzunehmen. Unter ungünstigen Bedingungen können einige Bakterien eine veränderte Zellteilung durchlaufen und Dauersporen bilden. Dabei handelt es sich um ruhende Zellen, die extreme Temperaturen, Trockenheit oder Feuchtigkeit ertragen.

4.WIRKUNG DER BAKTERIEN Bakterien lassen sich hinsichtlich ihrer Lebensweise in zwei Hauptgruppen unterscheiden: Saprophyten, die auf totem tierischen oder pflanzlichen Material leben, und Symbionten, die lebende Organismen besiedeln. Saprophyten sind für die Zersetzung toter Tiere und Pflanzen wesentlich und führen damit dem Boden wieder Nährstoffe zu. Symbiontische Bakterien kommen in vielen menschlichen Gewebearten vor, z. B. im gesamten Verdauungstrakt und in der Haut. Dort sind sie für einige physiologische Prozesse unerlässlich. Eine solche Beziehung wird als mutualistisch bezeichnet, d. h. sie beruht auf Gegenseitigkeit. Andere Symbionten versorgen sich bei ihren lebenden Wirten mit Nährstoffen, ohne ernsten Schaden anzurichten. Diese Form des Zusammenlebens wird Kommensalismus genannt. Eine dritte Art, die Parasiten, können die Pflanzen oder Tiere, die sie besiedeln, zerstören.
Bakterien verursachen das Verderben von Fleisch, Wein, Gemüse, Milch und Milchprodukten. Sie verändern die Zusammensetzung solcher Lebensmittel, so dass diese ungenießbar werden. Bakterienwachstum in Nahrungsmitteln kann auch zu Lebensmittelvergiftung führen, wie sie beispielsweise von den Erregern Staphylococcus aureus oder Clostridium botulinum verursacht wird (siehe Botulismus). Andererseits sind Bakterien in manchen Industriezweigen von großer Bedeutung. Die Fähigkeit einiger Arten zur Fermentation wird für die Herstellung von Käse, Joghurt, Sauerkraut und anderem sauer eingelegtem Gemüse genutzt. Bakterien sind auch für die Produktion von gegerbtem Leder, Tabak, Silofutter Textilien, Pharmazeutika, verschiedenen Enzymen, Polysacchariden und Waschmitteln von Bedeutung.
Bakterien befinden sich in nahezu jeder Umgebung und tragen dort zu den unterschiedlichsten biologischen Abläufen bei. Beispielsweise können sie Licht erzeugen, wie bei der Chemolumineszenz toter Fische (siehe Biolumineszenz). Sie sind auch in der Lage, ausreichende Temperaturen für eine spontane Entzündung in Heuschobern oder Hopfenspeichern zu verursachen. Durch die Zersetzung von Cellulose bilden einige anaerobe Bakterien in Stillgewässern Sumpfgas. Andere tragen durch Oxidierungsprozesse zur Bildung von eisen- und manganhaltigem Sumpferz und Ockerablagerungen bei.
Bakterien haben immensen Einfluss auf Art und Zusammensetzung des Bodens. Mit ihrer Hilfe werden organische pflanzliche und tierische Überreste sowie anorganische Gesteinspartikel vollständig zersetzt. Dadurch werden ungeheure Mengen an Pflanzennährstoffen gewonnen. Außerdem reichern Hülsenfrüchter mit Hilfe von Rhizobium radicicola und anderen Bakterien den Boden mit Stickstoff an. Diese Bakterien besiedeln die Pflanzenwurzeln und sorgen für das Wachstum stickstoffbindender Knötchen (siehe Stickstofffixierung). Es gilt als gesichert, dass die Photosynthese, auf der das Pflanzenleben basiert, ursprünglich von Bakterien entwickelt wurde. Die kürzliche Entdeckung eines ungewöhnlichen Photosynthese betreibenden Bakteriums, des Heliobacterium chlorum, wird möglicherweise zum Verständnis dieser grundlegenden Entwicklung in der Geschichte des Lebens beitragen.

5.PATHOGENE BAKTERIEN Ungefähr 200 Bakterienarten sind pathogen (krankheitserregend) für den Menschen. Die Pathogenität der einzelnen Arten ist sehr unterschiedlich und hängt sowohl von der Virulenz (der schädlichen Aktivität) der einzelnen Art als auch vom Zustand des Wirtsorganismus ab. Zu den virulenteren Bakterien zählen beispielsweise die Erreger von Cholera, Tetanus, Gasbrand, Lepra, Pest, Ruhr, Tuberkulose, Syphilis, Typhus, Diphtherie, Brucellose und einigen Formen der Lungenentzündung. Bis zur Entdeckung der Viren hielt man Bakterien für die Erreger aller Infektionskrankheiten.
Die pathogenen Wirkungen von Bakterien auf Körpergewebe lassen sich in vier Klassen einteilen: (1) Direkte örtliche Wirkung auf das betroffene Gewebe, wie bei Gasbrand, hervorgerufen durch Clostridium perfringens;(2) mechanische Wirkung, beispielsweise wenn eine Vielzahl von Bakterien ein Blutgefäß blockiert und somit einen infektiösen Embolus (Gefäßpfropf) bildet; (3) Wirkungen durch eine Körperreaktion aufgrund der bakteriellen Infektion von Körpergeweben, z. B. Hohlraumbildung in der Lunge bei Tuberkulose oder Gewebszerstörung am Herzen durch Antikörper bei rheumatischem Fieber; (4) Wirkungen bakterieller Toxine: chemischer Stoffe, die für manche Gewebe giftig sind. Toxine sind im Allgemeinen artspezifisch. So unterscheidet sich beispielsweise das Diphtherie verursachende Toxin von dem, das Cholera hervorruft.

6.ANTIBIOTIKA Verschiedene Mikroorganismen, darunter bestimmte Pilze und einige Bakterien, bilden chemische Stoffe, die auf spezifische Bakterien toxisch wirken. Solche Substanzen, z. B. Penicillin und Streptomycin, nennt man Antibiotika. Sie töten Bakterien entweder ab oder verhindern ihre Vermehrung. In den letzten Jahren spielen Antibiotika eine zunehmend wichtige Rolle bei der Bekämpfung bakterieller Erkrankungen. Siehe auch Antiseptika, Bakteriologie, Krankheit.