Aus was Bestehen Bakterien

Die Bakterien wurden erstmals von Antoni van Leeuwenhoek mit einem selbst gebauten Mikroskop im Wasser und im Menschenspeichel untersucht und von ihm 1676 in einem Bericht an die Royal Society of London dargestellt. Der Begriff "Bakterien" wurde in der Biologie bis Ende des letzten Jahrtausends für alle kleinen, meist monoklonalen Lebewesen verwendet, die keinen wirklichen Kern haben und daher zu den Prokaryonten zaehlen.

In der Übergangsphase bis zur Festlegung der drei Bereiche der Lebewesen wurde auch von "eigentlichen Bakterien" ("Eubakterien") oder "echten Bakterien" gesprochen und die wissenschaftlichen Bezeichnungen für die Unterscheidung von den Archaeaen benutzt. Eubakterium war ein unglücklicher Name, da es auch eine bakterielle Gattung gibt. Mehr als dreihundert Jahre nach der ersten Bakterienbeschreibung und trotz zahlreicher bereits beschriebenen und katalogisierten Spezies kann nach derzeitigem Erkenntnisstand davon ausgegangen werden, dass die überwiegende Mehrzahl (ca. 95 bis 99%) aller auf unserem Planet vorhandenen bakteriellen Spezies weder bekannt noch beschreibbar sind (Stand: 2006).

1999 wurde das grösste bekannteste Bakterienbakterium entdeckt: Die sogenannte Schwefelkugel Namibias, Thiomargarita Namibiensis, mit einem Dreiviertelmillimeter großen Querschnitt, ist ein bereits mit dem bloßen Auge erkennbares Schwefelsäurebakterium. Der Erreger mit den wenigsten Erbanlagen ist die Art Carlsonella roddi. Es fehlt diesem Bazillus an essentiellen Erbanlagen, die ein Bazillus zum Überleben braucht.

Die Bakterie mit dem geringsten parsitisch lebenden Erbgut ist das Mykoplasmengenital ium mit insgesamt 5 72. 970 Basispaaren. Die Bakterie mit dem geringsten Erbgut, die weder symbiotisch noch parasitisch vorkommt, ist mit etwa 1,3 Mio. Basenpaare ubiquitär. Die Bakterien kommen in unterschiedlichen äusseren Erscheinungsformen vor (Beispiele in Klammern): Bildung mehrzelliger Reichtumskörper (Caryophanon, Oszillatorien), Bildung langer, verzweigter Fasern, sog. Hyphae, die sich ausbreiten und eine Fadensubstanz ausbilden, sog. Myzel (Streptomyceten), Formationen mit mehreren unregelmässig angeordnetem Zellverband (Pleurocapsa).

Bakterien kommen häufig in Zuschlagstoffen vor: Bei den Bakterien ist die Grösse sehr unterschiedlich: Ihr Innendurchmesser beträgt zwischen 0,1 und 700 Mikrometer, in den meisten Fällen zwischen 0,6 und 1,0 Mikrometer. Sie sind in einem grösseren Bereich: bei einzelnen Zellen zwischen etwa 0,6 Mikrometer (bei Kokken) und 700 Mikrometer können die Hypphen noch grösser sein, die meisten Bakterien sind 1 bis 5 Mikrometer lang.

Die meisten Bakterien haben ein Fassungsvermögen von etwa 1 µm3 Bis auf wenige Ausnahmefälle sind die einzelnen bakteriellen Zellen mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, da die Auflösung des Menschen um die 50 µm ist. Größtes bekanntes Bazillus ist Thiomargarita namibiensis: etwa sphärisch mit einem Diameter von 300 - 700 µm, d.h. mit dem bloßen Auge sichtbar.

Die Größe des grössten Bakterien (Durchmesser d ca. 700 µm, Kugelvolumen = 0,523 - d3) ist etwa 10 Mrd. mal grösser als das kleinste Bakterium ("Durchmesser ca. 0,3 µm"). Die Bakterien haben meist eine Zellenwand, alle haben ein Zytoplasma mit Zytoplasmamembran und Zytosomen. Im Zytoplasma ist die DNA als strangförmiges, in sich abgeschlossenes Moleküle, ein sogenanntes bakterielles Chromosom, vorhanden.

Einige Bakterien haben auch zwei bakterielle Chromosomen, zum Beispiel Ralstonia eutropha H16 Das Zytoplasma enthält oft weitere DNA in Gestalt von kleinen, ebenso strand-förmigen, in sich selbst abgeschlossenen Moleküle, den so genannten plasmids, die bei der Vermehrung des Bakterienchromosoms vermehrt und bei der Vermehrung weitervererbt werden oder von einem auf den anderen Menschen umsetzbar sind.

Die Erbsubstanz des Darm-Bakteriums Escherichia coli umfasst fast 4,7 Mio. Basenpaare, deren Abfolge komplett bekannt ist. Viele andere bakterielle Genome sind mittlerweile bekannt. Ein weiteres besonderes Merkmal der Bakterien ist die RNA-Polymerase. Es gibt nur eine, die aus nur 5 Teileinheiten zusammengesetzt ist (? (2x), ?, ?' und ?). Zur RNA-Polymerase der Archaeae gehören 11-12 Subunits, und Eukaryonten haben mehrere RNA Polymerasen, die aus bis zu 12 Subunits bestehen.

Erklärung des Bakterienschemas: Ein Querschnitt eines Bakterien ist in schematischer Weise wiedergegeben. Es sind nicht immer alle gezeigten Bauelemente in allen Bakterien vorzufinden. Alle Bakterien sind immer vorhanden: Thylacoide (zur Phototrophie) kommen in sehr unterschiedlichen Formen in allen phototropen Bakterien vor, mit Ausnahmen der Chlorobie. In der Chlorobie sind Chlorosome (zur Phototrophie) vorkommen.

Liegt eine Zellenwand vor (bei den meisten Bakterien bei weitem), ist sie bei Gram-negativen Bakterien dünne und bei Gram-positiven Bakterien dicke. Gram-negative Bakterien haben eine weitere Biomembrane außerhalb der Zellwände, die sogenannte äußere Membran, die in der Abbildung nicht gezeigt wird. Bei Vorhandensein von Flagellas (Geißeln) variiert deren Zahl (1 bis viele) und deren Verteilung je nach Art der Bakterien.

So weit es sich um Personen handelt, ist deren Zahl (1 bis viele), deren Dauer und Ausrichtung anders. Ist eine Schleimhaut, Glykokalix, außerhalb der Zellwände anwesend, kann sie je nach Art der Bakterien und äusseren Einflüssen in ihrer Dicke variieren und aus unterschiedlichem Schleim bestehen. Bei den Plasmiden ist ihre Zahl anders, soweit sie da sind. Bei Gasbläschen variieren deren Grösse und Zahl je nach Art der Bakterien und äusseren Einflüssen.

Die Bakterien haben einen sehr unterschiedlichen Lebensstil und Metabolismus. Es gibt Bakterien, die einen Sauerstoffbedarf haben (aerobe Bakterien oder Aerobier), Bakterien, für die ein Sauerstoffbedarf besteht (obligate Bakterien oder obligatorische Anaerobier), und Bakterien, die gegenüber einem Sauerstoffbedarf haben ("fakultative Anaerobier"). Manche Bakterien sind zur Fotosynthese in der Lage, d.h. phototrop, z.B. die Zyanobakterien, früher auch blaugrüne Algen genannt, während die meisten chemotrophen sind.

Die meisten der Chemotrophe sind heterotrophe, aber einige sind chemoautotrophe, nämlich lithoautotrophe. Einige Bakterien (z.B. Bacillus) formen permanente Stadien (Sporen), in denen der gesamte Metabolismus zum Stillstand kommt. Die Bakterien können in diesem Fall unter ungünstigen - auch extremen - Umgebungsbedingungen überleben und mehrere tausend Jahre überleben.

Die anderen Bakterienarten haben eine andere Herangehensweise und passen ihren Metabolismus den extremen Umgebungsbedingungen an. Viele Bakterien sind in der freien Wildbahn in der Regel in Form eines Biofilms beheimatet. Das Bakterium vermehrt sich ungeschlechtlich durch Teilung. Dies kann durch Quereinteilung (besonders bei zylindrischen Bakterien), durch Knospenbildung, durch Spornbildung oder auf andere Art und Weisen erfolgen.

In der Regel vermehren sich allerdings die Sporen nicht, da pro Zell nur ein einziges Endosporum entsteht (nur bei wenigen Bakterien, z.B. z. B. für die Bakterien des Typs Acerobacter poly-endosporus und Metabakterium, werden pro Zell mehrere Sporen gebildet). Die Nachkommenschaft der ungeschlechtlichen Fortpflanzung hat ein gleiches Erbgut und bildet somit einen Nachkommenklon.

Konjugiert können Bakterien DNA (horizontaler und vertikaler Gen-Transfer ) mit sogenannten Sexili (Proteinröhrchen) auswechseln. Durch den Einsatz von Sexili können die Körperzellen konvergieren und die DNA (das bakterielle "Chromosom" und Plasmide) über eine Plasma-Brücke von einer zur nächsten befördern. Weil die Bakterien nicht unmittelbar am DNA-Transfer teilnehmen, kann dies auch ohne sie geschehen, wenn zwei Keimzellen dicht beieinander liegen.

Diese Gentransfers werden hauptsächlich von gramnegativen Bakterien durchgeführt. Grampositive Bakterien sind hauptsächlich durch den Transduktionsmechanismus gekennzeichnet. Als Vektoren werden Bakterienophagen verwendet. Die Bakterien wandern in der Regel im flüssigen Medium ungehindert durch die Flagella, auch Flagella genannt, die im Gegensatz zu den Plagen der Eukaryonten (z.B. Protisten) nicht nach dem "9+2-Muster" konstruiert sind, sondern aus einem etwa 15 bis 20 Nanometer dünnen schraubenförmigen Eiweißfaden bestehen.

Außerdem ist die Geißel der Bakterien keine treibende Kraft, die ihre Form wie die Geißel der Eukaryonten verändert, sondern sie werden wie ein Luftschraube verdreht. Spirochaets rotieren um sich selbst und verschrauben sich dank ihrer schraubenförmigen Gehäuse durch das Umgebungsmedium. Manche Bakterien sind nicht frei beweglich, sondern kriechend, zum Beispiel Myxobakterien und einige Zyanobakterien.

Unterschiedliche Umgebungsfaktoren können die Laufrichtung der Bakterien mitbestimmen. Man nennt diese Reaktion Phototaxe, Chemotaxe (Chemotaxe versus Sauerstoff: Aerotaxe), Mechanotaxe und Magnetotaxe. Biochemische Studien legen nun nahe, dass einige der in den Körperzellen vieler Eukaryonten gefundenen Organe zunächst unabhängige Bakterien waren (Endosymbion-Theorie); dies gilt für die Chloroplaste und für die Zellmembran.

Das belegen die Resultate der rRNA-Sequenzierung und die Organelle-Proteine, die eine höhere Homogenität zu bakteriellen Proteinen aufweisen als zu Eukaryonten. Einen großen Teil der Bakterien bildet die so genannte Cyanobakterie, die früher fälschlicherweise als Blaualge oder Blaualge bekannt war. Zusammen mit den grünen Algen (Chlorophyta) und anderen Algenarten stellen sie das Pflanzenplankton der Ozeane und Süßwasser und damit die Nahrungsbasis vieler ökologischer Systeme dar.

Spezialbakterien kommen als Symbol im Verdauungstrakt oder anderen Organsystemen vieler lebender Organismen vor und nehmen an der Verarbeitung und anderen körperlichen Prozessen teil. Die Bakterien haben eine wichtige Funktion im Organismus. Auf diese Weise lebt eine große Anzahl von Bakterien im Verdauungstrakt des Menschen, die zusammen die Darmflora formen. Gesunde Menschen werden von unschädlichen Bakterien kolonisiert, die die Hautflora ausbilden.

Insbesondere die Keimzahlen an den ZÃ? Auch Bakterien können als Erreger fungieren. Manche Bakterien führen zu eitrigen Entzündungen (Infektionen), Blutvergiftungen (Sepsis) oder Entzündungen von Organsystemen (z.B. Blase oder Lungenentzündung). Zur Vorbeugung dieser Krankheiten hat die Medizinaltechnik zwei Möglichkeiten zur Bekämpfung von Bakterien entwickelt: Die Sterilisierung ist ein Prozess, mit dessen Unterstützung Medizinprodukte und -material sterilisiert werden.

Desinfizieren ist ein Vorgang, um die Anzahl der Bakterien auf der Außenhaut oder auf Objekten (z.B. mit Händedesinfektionsmitteln) deutlich zu reduzieren. Wenn die Bakterien in den Organismus gelangt sind und eine Entzündung verursacht haben, sind sie heute ein effektives Mittel gegen Bakterien, zum Beispiel Penizilline, die von Pilzen der Art Penizillium entstehen.

Penizillin behindert die Bildung der bakteriellen Zellwand, so dass es nur gegen das Wachstum von Bakterien anspricht. Jedoch sind viele antibiotische Mittel im Lauf der Zeit gegen gewisse Bakterien wirkungslos geworden. Die Bakterien werden deshalb in den Labors der Mikrobiologie getestet und ein Resistenz-Test vorgenommen. Es ist bei der antibiotischen Therapie zu berücksichtigen, dass nicht nur krankheitserregende Bakterien, sondern auch gegenseitig (nützliche) Bakterien durch das Rauschgift geschädigt oder abgetötet werden können.

Das kann dazu fÃ?hren, dass eine kleine Anzahl von Clostridium-difficile bacteria, die von sich aus gegen viele dieser Bakterien immun sind, im Dickdarm den Sieg davontragen und schweren Durchfall auslösen. Ein älteres Verfahren im Bereich der Bekämpfung von bakteriellen Entzündungen ist die Chirurgie mit Öffnung und Reinigung des Eiterfokus, wie der alte lateinische Chirurg sagt: "Ubi pus, ibi evacua" - auf Deutsch: "Wo eitrig ist, leere es dort.

Es gibt etwa 1010 Bakterien im Munde. Bei mittlerer Hauthygiene gibt es auf der Menschenhaut etwa hundert Mal so viele Bakterien, und zwar eine Trillion gesamt, aber sehr verschieden verteilt: Auf den Ärmeln sind es nur wenige tausend, in öligeren Zonen wie der Stirnfläche mehrere tausend und in feuchteren Zonen wie den Achselhöhlen mehrere Billionen pro Zentimeter.

99% aller im und am Menschen vorkommenden Keime, also mehr als 1014 mit mehr als 400 unterschiedlichen Spezies, hauptsächlich Bakterien, kommen im Magen-Darm-Trakt vor allem im Bereich des Dickdarms vor und formen die sgn. Selbst in der Lungen von gesunden Menschen wurden durch eine neue Untersuchung im Mikrobiomprojekt (um 2007) 128 Bakterienarten entdeckt[4].

Bisher waren Microbiologen noch nie in der Lage gewesen, Bakterien aus der Luft im eigenen Haus zu züchten. In der Biotechnologie wird die Möglichkeit einer großen Zahl von Bakterien, für den Menschen bedeutende Substanzen wie z. B. antibiotische Mittel und Fermente zu erzeugen, in vielfältiger Weise ausgenutzt. An diesem Prozess sind Escherichia Coli und verschiedene Clostridiensorten, Corynebacterium, Lactobacillus, Azetobacter und eine große Zahl anderer Bakterien beteiligt, bei denen ihr Metabolismus spezifisch eingesetzt werden kann.

Dazu werden oft sinnvolle Genombestandteile von Bakterien wie Escherichia coli in das Erbgut von Bakterien implantiert, die leicht zu halten, leicht zu kultivieren und weitestgehend unschädlich sind (Genmanipulation). Für Bakterien ist eine stammesgeschichtliche Einordnung nach morphologischen und metabolisch-physiologischen Merkmalen in der Regel nicht möglich; sie muss sich an der Molekülstruktur dieser Lebewesen orientieren.

Die phylogenetischen Systeme der Bakterien, die von den meisten Bakterienforschern akzeptiert werden, sind in Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea[5][6] dargestellt, die auch die Archaea klassifiziert. Im Folgenden wird dieses auf die Bakterien im wahrsten Sinn des Wortes (Domäne Bakterien) beschränkte Verfahren bis auf die Ebene der Ordnung reproduziert. Allerdings ist die Vielfältigkeit der bakteriellen Lebewesen wesentlich grösser als in diesem Fall.

Ausgehend von den bisher bekannt gewordenen 16S rRNA-Sequenzen werden mehr als 50 unterschiedliche bakterielle Pflanzen verdächtigt. Das Vorhandensein dieser Pflanzen wird anhand von großen Mengen an bestimmten rRNA-Sequenzen vorausgesagt, die immer wieder in Umgebungsproben vorkommen, aber bisher konnte aus diesen Pflanzen kein einziges Bazillus gezüchtet werden. In der Praxis werden Bakterien manchmal nach ihrer Art und Gliederung nach den bisherigen "klassischen" Systemen untergliedert.

Sphärische Bakterien werden als Kokke, langgestreckte, zylindrische Bakterien als Bakterium und Spirale, spiralförmige Bakterien als Spirale oder Spirochetes genannt. Darüber hinaus formen insbesondere Stockbakterien oft Spiralen, die immer eine oder mehrere Plagen, sogenannte Flagellas, ausbilden, mit deren Hilfe sie sich bewegen können. Manche Bakterien formen Schleimhäute, "Kapseln" und verschiedene Arten von Samen.

Weitere wichtige Faktoren für die Einteilung sind die Art des Lebens, insbesondere die Art des Stoffwechsels, sowie die Möglichkeiten, die Bakterien auf eine gewisse Art und Weise anzufärben. Durch die sogenannte Gram-Färbung (eingeführt vom Dänen Gram) lassen sich Aussagen über die Beschaffenheit und den Aufbau der Zellwände treffen; die sogenannten Gram-positiven Bakterien stellen vermutlich gar eine Art natürliches Verwandtschaftsorgan dar, ein Monophylett.

Die Serologie bezeichnet man als Serotyp. Atlas und Grundriß der Bakterienbiologie und Fachbuch der speziellen Bakteriendiagnostik. Lehmann, München 1896. Klassisches (veraltetes) Schulbuch mit Fokus auf medizinischer Bakterienkunde. Zuber: Die thermophilen Bakterien. Vol. 13, Nr. 6, 1979, S. 165-175, ISSN 0009-2851 Birgit Sattler, Hans Puxbaum, Roland Psenner: Bakterien der Luft: Vom Aussterben bedroht.

Der Zellskelett von Bakterien. Biologische Filme - die beliebteste Form des Lebens von Bakterien: