Bakterien -
Bacteria

Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Bakterien EscherichiaColi NIAID.jpg Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Escherichia coli- Stäbchen Domain: Bakterien Phyla Synonyme
Eubakterien
.

Menschen und die meisten Tiere tragen Millionen von Bakterien. Die meisten befinden sich im Darm und viele auf der Haut. Die meisten Bakterien im und am Körper sind unschädlich oder werden durch die schützende Wirkung des Immunsystems unschädlich gemacht , obwohl viele nützlich sind , insbesondere die im Darm. Einige Bakterienarten sind jedoch pathogen und verursachen Infektionskrankheiten , darunter Cholera , Syphilis , Milzbrand , Lepra und Beulenpest . Die häufigsten tödlichen bakteriellen Erkrankungen sind Atemwegsinfektionen . Antibiotika werden zur Behandlung von bakteriellen Infektionen und auch in der Landwirtschaft eingesetzt, wodurch Antibiotikaresistenzen zu einem wachsenden Problem werden. Bakterien sind wichtig bei der Abwasserreinigung und dem Abbau von Ölverschmutzungen , der Herstellung von Käse und Joghurt durch Fermentation , der Gewinnung von Gold, Palladium, Kupfer und anderen Metallen im Bergbau sowie in der Biotechnologie und der Herstellung von Antibiotika und andere Chemikalien.

Einst als Pflanzen der Klasse der Schizomyceten ("Spaltpilze") angesehen, werden Bakterien heute als Prokaryoten klassifiziert . Im Gegensatz zu Zellen von Tieren und anderen Eukaryoten enthalten Bakterienzellen keinen Zellkern und beherbergen selten membrangebundene Organellen . Obwohl der Begriff Bakterien traditionell alle Prokaryonten umfasste, änderte sich die wissenschaftliche Klassifizierung nach der Entdeckung in den 1990er Jahren, dass Prokaryonten aus zwei sehr unterschiedlichen Gruppen von Organismen bestehen, die sich aus einem alten gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben . Diese evolutionären Domänen werden Bakterien und Archaeen genannt .

Etymologie

Stäbchenförmiger Bacillus subtilis

Das Wort Bakterium ist der Plural des neulateinischen Bakteriums , das die Lateinisierung des Altgriechischen

βακτήριον
(
baktḗrion
), der Verkleinerungsform von
βακτηρία
(
baktēría
), bedeutet, was "Stab, Rohr" bedeutet, da die ersten entdeckten Stäbchen waren. geformt .

Herkunft und frühe Evolution

Phylogenetischer Baum von Bakterien, Archaea und Eucarya . Die vertikale Linie unten repräsentiert den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren .

Die Vorfahren der Bakterien waren einzellige Mikroorganismen, die vor etwa 4 Milliarden Jahren die ersten Lebensformen auf der Erde waren. Etwa 3 Milliarden Jahre lang waren die meisten Organismen mikroskopisch klein, und Bakterien und Archaeen waren die vorherrschenden Lebensformen. Obwohl bakterielle Fossilien existieren, wie Stromatolithen , ihr Mangel an Unterscheidungs Morphologie hindert sie daran , verwendet werden , um die Geschichte der bakteriellen Evolution zu untersuchen, oder die Zeit der Entstehung einer bestimmten Bakterienart auf dem neuesten Stand. Gensequenzen können jedoch verwendet werden, um die bakterielle Phylogenie zu rekonstruieren , und diese Studien zeigen, dass Bakterien zuerst von der archaealen/eukaryotischen Abstammungslinie abwichen. Der jüngste gemeinsame Vorfahre von Bakterien und Archaeen war wahrscheinlich ein Hyperthermophiler , der vor etwa 2,5 bis 3,2 Milliarden Jahren lebte. Das früheste Leben an Land dürften vor 3,22 Milliarden Jahren Bakterien gewesen sein.

Bakterien waren auch an der zweiten großen evolutionären Divergenz beteiligt, der der Archaeen und Eukaryoten. Hier entstanden Eukaryoten durch das Eingehen alter Bakterien in endosymbiotische Assoziationen mit den Vorfahren eukaryotischer Zellen, die ihrerseits möglicherweise mit den Archaeen verwandt waren. Dadurch wird die Phagozytose von Proto-eukaryotischen Zellen beteiligt alphaproteobacterial Symbionten entweder bilden Mitochondrien oder Hydrogenosomen , die nach wie vor in allen bekannten Eukarya gefunden werden (manchmal in sehr reduzierter Form , zum Beispiel in der alt „amitochondrial“ Protozoen). Später verschlang einige Eukaryoten, die bereits Mitochondrien enthielten, auch Cyanobakterien- ähnliche Organismen, was zur Bildung von Chloroplasten in Algen und Pflanzen führte. Dies wird als primäre Endosymbiose bezeichnet .

Lebensraum

Bakterien sind allgegenwärtig und leben in jedem möglichen Lebensraum auf dem Planeten, einschließlich Boden, Unterwasser, tief in der Erdkruste und sogar in extremen Umgebungen wie sauren heißen Quellen und radioaktiven Abfällen. Auf der Erde gibt es ungefähr 2×10 30 Bakterien, die eine Biomasse bilden , die nur von Pflanzen übertroffen wird. Sie sind in Seen und Ozeanen, im arktischen Eis und in geothermischen Quellen reichlich vorhanden, wo sie die zur Erhaltung des Lebens benötigten Nährstoffe liefern, indem sie gelöste Verbindungen wie Schwefelwasserstoff und Methan in Energie umwandeln. Sie leben auf und in Pflanzen und Tieren. Die meisten verursachen keine Krankheiten, sind gut für ihre Umwelt und lebenswichtig. Der Boden ist eine reiche Quelle für Bakterien und einige Gramm enthalten etwa eine tausend Millionen davon. Sie alle sind wichtig für die Bodenökologie, indem sie giftige Abfälle abbauen und Nährstoffe recyceln. Sie kommen sogar in der Atmosphäre vor und ein Kubikmeter Luft enthält rund hundert Millionen Bakterienzellen. Die Ozeane und Meere beherbergen etwa 3 x 10 26 Bakterien, die bis zu 50 % des Sauerstoffs liefern, den der Mensch einatmet. Nur etwa 2 % der Bakterienarten sind vollständig untersucht.

Extremophile Bakterien
Lebensraum Spezies Bezug
Kälte (minus 15 °C Antarktis) Kryptoendolithen
Heiß (70–100 °C Geysire ) Thermus aquaticus
Strahlung, 5 Mio. Rad Deinococcus radiodurans
Kochsalzlösung, 47% Salz ( Totes Meer , Großer Salzsee ) mehrere Arten ,
Säure pH 3 mehrere Arten
Alkalisch pH 12,8 Proteobakterien
Weltraum (6 Jahre auf einem NASA- Satelliten) Bacillus subtilis
3,2 km unter der Erde mehrere Arten
Hochdruck ( Marianengraben – 1200 atm ) Moritella, Shewanella und andere

Morphologie

ein Diagramm, das die Bakterienmorphologie zeigt
Bakterien weisen viele Zellmorphologien und Anordnungen auf

Bakterien weisen eine große Vielfalt an Formen und Größen auf. Bakterienzellen sind etwa ein Zehntel der Größe eukaryontischer Zellen und typischerweise 0,5–5,0  Mikrometer lang. Einige Arten sind jedoch mit bloßem Auge sichtbar – zum Beispiel wird Thiomargarita namibiensis bis zu einem halben Millimeter lang und Epulopiscium fishelsoni erreicht 0,7 mm. Zu den kleinsten Bakterien gehören Mitglieder der Gattung Mycoplasma , die mit nur 0,3 Mikrometern so klein sind wie die größten Viren . Einige Bakterien können sogar noch kleiner sein, aber diese Ultramikrobakterien sind nicht gut untersucht.

Die meisten Bakterienarten sind entweder kugelförmig, genannt Kokken ( Singular Coccus , aus dem Griechischen kókkos , Korn, Samen) oder stäbchenförmig, genannt Bazillen ( sing . Bazillus, aus dem Lateinischen Baculus , Stab). Einige Bakterien, Vibrio genannt , haben die Form leicht gebogener Stäbchen oder kommaförmig; andere können spiralförmig sein, genannt Spirilla , oder eng gewunden, genannt Spirochäten . Eine kleine Anzahl anderer ungewöhnlicher Formen wurde beschrieben, wie zum Beispiel sternförmige Bakterien. Diese große Vielfalt an Formen wird durch die bakterielle Zellwand und das Zytoskelett bestimmt und ist wichtig, weil sie die Fähigkeit von Bakterien beeinflussen kann, Nährstoffe aufzunehmen, sich an Oberflächen zu binden, durch Flüssigkeiten zu schwimmen und Raubtieren zu entkommen .

Der Größenbereich von Prokaryoten (Bakterien) im Vergleich zu denen anderer Organismen und Biomoleküle .

Viele Bakterienarten existieren einfach als einzelne Zellen; andere assoziieren in charakteristischen Mustern: Neisseria bildet diploide (Paare), Streptokokken bilden Ketten und Staphylokokken gruppieren sich in "Trauben"-Clustern. Bakterien können sich auch gruppieren, um größere mehrzellige Strukturen zu bilden, wie die verlängerten Filamente von Actinobacteria- Spezies, die Aggregate von Myxobacteria- Spezies und die komplexen Hyphen von Streptomyces- Spezies. Diese vielzelligen Strukturen sind oft nur unter bestimmten Bedingungen zu sehen. Myxobakterien erkennen beispielsweise bei einem Mangel an Aminosäuren in einem als Quorum Sensing bekannten Prozess umgebende Zellen , wandern aufeinander zu und aggregieren zu Fruchtkörpern mit einer Länge von bis zu 500 Mikrometern und etwa 100.000 Bakterienzellen. In diesen Fruchtkörpern erfüllen die Bakterien unterschiedliche Aufgaben; Beispielsweise wandert etwa eine von zehn Zellen an die Spitze eines Fruchtkörpers und differenzieren sich in einen spezialisierten Ruhezustand namens Myxosporen, der widerstandsfähiger gegen Austrocknung und andere widrige Umweltbedingungen ist.

Bakterien heften sich oft an Oberflächen und bilden dichte Aggregate, die Biofilme genannt werden , und größere Gebilde, die als mikrobielle Matten bekannt sind . Diese Biofilme und Matten können eine Dicke von wenigen Mikrometern bis zu einer Tiefe von einem halben Meter aufweisen und können mehrere Arten von Bakterien, Protisten und Archaeen enthalten. Bakterien, die in Biofilmen leben, weisen eine komplexe Anordnung von Zellen und extrazellulären Komponenten auf und bilden Sekundärstrukturen wie Mikrokolonien , durch die Netzwerke von Kanälen bestehen, um eine bessere Diffusion von Nährstoffen zu ermöglichen. In natürlichen Umgebungen wie Böden oder Pflanzenoberflächen sind die meisten Bakterien in Biofilmen an Oberflächen gebunden. Biofilme sind auch in der Medizin wichtig, da diese Strukturen häufig bei chronischen bakteriellen Infektionen oder bei Infektionen implantierter Medizinprodukte vorhanden sind und Bakterien, die in Biofilmen geschützt sind, viel schwerer abzutöten sind als einzelne isolierte Bakterien.

Zellstruktur

Prokaryotenzelle mit Struktur und Teilen
Aufbau und Inhalt einer typischen grampositiven Bakterienzelle (erkennbar daran, dass nur eine Zellmembran vorhanden ist).

Intrazelluläre Strukturen

Die Bakterienzelle ist von einer Zellmembran umgeben , die hauptsächlich aus Phospholipiden besteht . Diese Membran umschließt den Inhalt der Zelle und fungiert als Barriere, um Nährstoffe, Proteine und andere wesentliche Bestandteile des Zytoplasmas innerhalb der Zelle zu halten. Im Gegensatz zu eukaryotischen Zellen fehlen Bakterien normalerweise große membrangebundene Strukturen in ihrem Zytoplasma wie ein Zellkern , Mitochondrien , Chloroplasten und die anderen in eukaryotischen Zellen vorhandenen Organellen. Einige Bakterien haben jedoch proteingebundene Organellen im Zytoplasma, die Aspekte des bakteriellen Stoffwechsels, wie das Carboxysom, kompartimentieren . Darüber hinaus verfügen Bakterien über ein Zytoskelett aus mehreren Komponenten , um die Lokalisierung von Proteinen und Nukleinsäuren in der Zelle zu kontrollieren und den Prozess der Zellteilung zu steuern .

.
Eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Halothiobacillus neapolitanus- Zellen mit Carboxysomen im Inneren, mit Pfeilen, die sichtbare Carboxysomen hervorheben. Maßstabsbalken zeigen 100 nm an.
und Archaeen.

Einige Bakterien produzieren intrazelluläre Nährstoffspeichergranulate, wie Glykogen , Polyphosphat , Schwefel oder Polyhydroxyalkanoate . Bakterien wie die photosynthetischen Cyanobakterien produzieren innere Gasvakuolen , mit denen sie ihren Auftrieb regulieren und es ihnen ermöglichen, sich in Wasserschichten mit unterschiedlicher Lichtintensität und Nährstoffgehalt nach oben oder unten zu bewegen.

Extrazelluläre Strukturen

) ist in der Lage, Bakterien abzutöten, indem es einen Schritt in der Peptidoglycansynthese hemmt.

Grob gesagt gibt es bei Bakterien zwei verschiedene Arten von Zellwänden, die Bakterien in Gram-positive Bakterien und Gram-negative Bakterien einteilen . Die Namen stammen von der Reaktion von Zellen auf die Gram-Färbung , einem langjährigen Test zur Klassifizierung von Bakterienarten.

Gram-positive Bakterien besitzen eine dicke Zellwand, die viele Schichten von Peptidoglykanen und Teichonsäuren enthält . Im Gegensatz dazu haben gramnegative Bakterien eine relativ dünne Zellwand, die aus einigen Peptidoglykanschichten besteht, die von einer zweiten Lipidmembran umgeben sind, die Lipopolysaccharide und Lipoproteine ​​enthält . Die meisten Bakterien haben die gramnegative Zellwand, und nur Mitglieder der Firmicutes- Gruppe und Actinobakterien (früher bekannt als grampositive Bakterien mit niedrigem G+C bzw. hohem G+C) haben die alternative grampositive Anordnung. Diese Strukturunterschiede können zu Unterschieden in der Antibiotika-Empfindlichkeit führen; zum Beispiel Vancomycin nur grampositive Bakterien tötet und ist unwirksam gegen gramnegative Erreger wie Haemophilus influenzae oder Pseudomonas aeruginosa . Einige Bakterien haben Zellwandstrukturen, die weder klassisch Gram-positiv noch Gram-negativ sind. Dazu gehören klinisch wichtige Bakterien wie Mykobakterien, die wie ein Gram-positives Bakterium eine dicke Peptidoglycan-Zellwand aufweisen, aber auch eine zweite äußere Lipidschicht.

.

Helicobacter pylori elektronenmikroskopische Aufnahme, die mehrere Geißeln auf der Zelloberfläche zeigt
Helicobacter pylori elektronenmikroskopische Aufnahme, die mehrere Geißeln auf der Zelloberfläche zeigt

Flagellen sind starre Proteinstrukturen mit einem Durchmesser von etwa 20 Nanometern und einer Länge von bis zu 20 Mikrometern, die der Beweglichkeit dienen . Flagellen werden durch die Energie angetrieben, die durch den Transfer von Ionen entlang eines elektrochemischen Gradienten durch die Zellmembran freigesetzt wird.

Fimbrien (manchmal auch „ Attachment-Pili “ genannt) sind feine Proteinfäden, meist 2–10 Nanometer im Durchmesser und bis zu mehreren Mikrometer lang. Sie sind über die Zelloberfläche verteilt und ähneln im Elektronenmikroskop feinen Härchen . Es wird angenommen, dass Fimbrien an der Anheftung an feste Oberflächen oder an andere Zellen beteiligt sind und für die Virulenz einiger bakterieller Pathogene essentiell sind. Pili ( sing . pilus) sind zelluläre Anhängsel, etwas größer als Fimbrien, die genetisches Material zwischen Bakterienzellen in einem Prozess namens Konjugation übertragen können, wo sie Konjugations-Pili oder Sex-Pili genannt werden (siehe Bakteriengenetik unten). Sie können auch Bewegung erzeugen, wo sie als Pili Typ IV bezeichnet werden .

Glycocalyx wird von vielen Bakterien produzieren ihre Zellen zu umgeben, und variiert in der strukturellen Komplexität: von einer unorganisierten Schleimschicht von extrazellulären polymeren Substanzen mit einer stark strukturierten Kapsel . Diese Strukturen können Zellen vor dem Eindringen eukaryontischer Zellen wie Makrophagen (Teil des menschlichen Immunsystems ) schützen . Sie können auch als Antigene fungieren und an der Zellerkennung beteiligt sein sowie die Anhaftung an Oberflächen und die Bildung von Biofilmen unterstützen.

Der Aufbau dieser extrazellulären Strukturen ist abhängig von bakteriellen Sekretionssystemen . Diese transferieren Proteine ​​aus dem Zytoplasma in das Periplasma oder in die Umgebung der Zelle. Es sind viele Arten von Sekretionssystemen bekannt und diese Strukturen sind oft essentiell für die Virulenz von Krankheitserregern und werden daher intensiv untersucht.

Endosporen

Anthrax violett gefärbt
Bacillus anthracis (violett gefärbt) wächst in der Liquor cerebrospinalis

Einige Gattungen grampositiver Bakterien wie Bacillus , Clostridium , Sporohalobacter , Anaerobacter und Heliobacterium können hochresistente, ruhende Strukturen bilden, die als Endosporen bezeichnet werden . Endosporen entwickeln sich im Zytoplasma der Zelle; im Allgemeinen entwickelt sich in jeder Zelle eine einzelne Endopore. Jede Endopore enthält einen Kern aus DNA und Ribosomen, der von einer Kortexschicht umgeben und von einer mehrschichtigen starren Hülle aus Peptidoglycan und einer Vielzahl von Proteinen geschützt wird.

, die im Gesundheitswesen ein Problem darstellt, wird auch durch sporenbildende Bakterien verursacht.

Stoffwechsel

Bakterien weisen die unterschiedlichsten Stoffwechseltypen auf . Die Verteilung von Stoffwechselmerkmalen innerhalb einer Bakteriengruppe wurde traditionell verwendet, um ihre Taxonomie zu definieren , aber diese Merkmale entsprechen oft nicht den modernen genetischen Klassifikationen. Der bakterielle Stoffwechsel wird auf der Grundlage von drei Hauptkriterien in Ernährungsgruppen eingeteilt : die Energiequelle , die verwendeten Elektronendonatoren und die Kohlenstoffquelle, die für das Wachstum verwendet wird.

oder Kohlendioxid verwenden.

Viele Bakterien beziehen ihren Kohlenstoff aus anderem organischen Kohlenstoff , der als Heterotrophie bezeichnet wird . Andere wie Cyanobakterien und einige Purpurbakterien sind autotroph , was bedeutet, dass sie zellulären Kohlenstoff durch Fixieren von Kohlendioxid gewinnen . Unter ungewöhnlichen Umständen das Gas Methan kann verwendet werden , methanotrophe Bakterien als auch eine Quelle von Elektronen , und ein Substrat für Kohlenstoff Anabolismus .

Ernährungstypen im Bakterienstoffwechsel
Ernährungstyp Energiequelle Kohlenstoffquelle Beispiele
 Phototrophen  Sonnenlicht  Organische Verbindungen (Photoheterotrophe) oder Kohlenstofffixierung (Photoautotrophe)  Cyanobakterien , Grüne Schwefelbakterien , Chloroflexi oder Lila Bakterien 
 Lithotrophie Anorganische Verbindungen  Organische Verbindungen (Lithoheterotrophe) oder Kohlenstofffixierung (Lithoautotrophe)  Thermodesulfobakterien , Hydrogenophilaceae oder Nitrospirae 
 Organotrophe Organische Verbindungen  Organische Verbindungen (Chemoheterotrophe) oder Kohlenstofffixierung (Chemoautotrophe)    Bacillus , Clostridium oder Enterobacteriaceae 
wechseln .

Wachstum und Fortpflanzung

Zeichnung zur Darstellung der Prozesse der binären Spaltung, Mitose und Meiose
Viele Bakterien vermehren sich durch binäre Spaltung , die in diesem Bild mit Mitose und Meiose verglichen wird.
Eine Kultur der Salmonellen
E. coli-Kolonie
Eine Kolonie von Escherichia coli

Anders als bei vielzelligen Organismen sind bei einzelligen Organismen die Zunahme der Zellgröße ( Zellwachstum ) und die Vermehrung durch Zellteilung eng miteinander verbunden. Bakterien wachsen bis zu einer festen Größe und vermehren sich dann durch binäre Spaltung , eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung . Unter optimalen Bedingungen können Bakterien extrem schnell wachsen und sich teilen, und einige Bakterienpopulationen können sich alle 17 Minuten verdoppeln. Bei der Zellteilung entstehen zwei identische Klon- Tochterzellen. Einige Bakterien, die sich noch ungeschlechtlich vermehren, bilden komplexere Fortpflanzungsstrukturen, die helfen, die neu gebildeten Tochterzellen zu zerstreuen. Beispiele sind Fruchtkörperbildung durch Myxobakterien und Lufthyphenbildung durch Streptomyces- Arten oder Knospung. Beim Knospen bildet eine Zelle einen Vorsprung, der abbricht und eine Tochterzelle produziert.

. Flüssige Wachstumsmedien werden jedoch verwendet, wenn die Messung des Wachstums oder große Zellvolumina erforderlich sind. Das Wachstum in gerührten flüssigen Medien erfolgt als gleichmäßige Zellsuspension, wodurch sich die Kulturen leicht teilen und übertragen lassen, obwohl die Isolierung einzelner Bakterien aus flüssigen Medien schwierig ist. Die Verwendung selektiver Medien (Medien mit zugesetzten oder fehlenden spezifischen Nährstoffen oder mit zugesetzten Antibiotika) kann bei der Identifizierung spezifischer Organismen helfen.

Die meisten Labortechniken zum Züchten von Bakterien verwenden hohe Mengen an Nährstoffen, um große Mengen an Zellen kostengünstig und schnell zu produzieren. In natürlichen Umgebungen sind die Nährstoffe jedoch begrenzt, sodass sich Bakterien nicht unbegrenzt vermehren können. Diese Nährstoffbeschränkung hat zur Entwicklung verschiedener Wachstumsstrategien geführt (siehe r/K-Selektionstheorie ). Einige Organismen können extrem schnell wachsen, wenn Nährstoffe verfügbar werden, wie beispielsweise die Bildung von Algenblüten (und Cyanobakterienblüten), die im Sommer häufig in Seen auftreten. Andere Organismen haben Anpassungen an raue Umgebungen, wie die Produktion mehrerer Antibiotika durch Streptomyces, die das Wachstum konkurrierender Mikroorganismen hemmen. In der Natur leben viele Organismen in Gemeinschaften (zB Biofilmen ), die eine erhöhte Nährstoffversorgung und Schutz vor Umweltbelastungen ermöglichen. Diese Beziehungen können für das Wachstum eines bestimmten Organismus oder einer Gruppe von Organismen ( Syntrophie ) wesentlich sein .

Das Bakterienwachstum folgt vier Phasen. Wenn eine Bakterienpopulation zum ersten Mal in eine nährstoffreiche Umgebung gelangt, die Wachstum ermöglicht, müssen sich die Zellen an ihre neue Umgebung anpassen. Die erste Wachstumsphase ist die Lag-Phase , eine Phase des langsamen Wachstums, in der sich die Zellen an die nährstoffreiche Umgebung anpassen und sich auf ein schnelles Wachstum vorbereiten. Die Lag-Phase weist hohe Biosyntheseraten auf, da Proteine ​​produziert werden, die für ein schnelles Wachstum notwendig sind. Die zweite Wachstumsphase ist die logarithmische Phase , auch als exponentielle Phase bekannt. Die Log-Phase ist durch ein schnelles exponentielles Wachstum gekennzeichnet . Die Geschwindigkeit, mit der Zellen während dieser Phase wachsen, wird als Wachstumsrate ( k ) bezeichnet, und die Zeit, die die Zellen brauchen, um sich zu verdoppeln, wird als Generationszeit ( g ) bezeichnet. Während der Log-Phase werden Nährstoffe mit maximaler Geschwindigkeit metabolisiert, bis einer der Nährstoffe aufgebraucht ist und beginnt, das Wachstum zu begrenzen. Die dritte Wachstumsphase ist die stationäre Phase und wird durch Nährstoffmangel verursacht. Die Zellen reduzieren ihre Stoffwechselaktivität und verbrauchen nicht-essentielle zelluläre Proteine. Die stationäre Phase ist ein Übergang vom schnellen Wachstum in einen Stressreaktionszustand und es kommt zu einer erhöhten Expression von Genen, die an der DNA-Reparatur , dem antioxidativen Stoffwechsel und dem Nährstofftransport beteiligt sind . Die letzte Phase ist die Todesphase, in der den Bakterien die Nährstoffe ausgehen und sie sterben.

Genetik

Helium-Ionen-Mikroskopie- Bild zeigt T4-Phagen , der E. coli infiziert . Einige der angehefteten Phagen haben zusammengezogene Schwänze, was darauf hindeutet, dass sie ihre DNA in den Wirt injiziert haben. Die Bakterienzellen sind ~ 0,5 µm breit.

Die meisten Bakterien haben ein einzelnes zirkuläres Chromosom , dessen Größe von nur 160.000 Basenpaaren beim endosymbiotischen Bakterium Carsonella ruddii bis zu 12.200.000 Basenpaaren (12,2 Mbp) beim Bodenbakterium Sorangium cellulosum reichen kann . Davon gibt es viele Ausnahmen, zum Beispiel enthalten einige Streptomyces- und Borrelia- Arten ein einziges lineares Chromosom, während einige Vibrio- Arten mehr als ein Chromosom enthalten. Bakterien können auch Plasmide enthalten , kleine extrachromosomale DNA-Moleküle, die Gene für verschiedene nützliche Funktionen wie Antibiotikaresistenz , metabolische Fähigkeiten oder verschiedene Virulenzfaktoren enthalten können .

Bakteriengenome kodieren normalerweise einige hundert bis einige tausend Gene. Die Gene in bakteriellen Genomen sind normalerweise ein einzelner kontinuierlicher DNA-Abschnitt, und obwohl es in Bakterien mehrere verschiedene Arten von Introns gibt, sind diese viel seltener als in Eukaryoten.

Bakterien erben als asexuelle Organismen eine identische Kopie des Genoms der Eltern und sind klonal . Alle Bakterien können sich jedoch durch Selektion auf Veränderungen ihres genetischen Materials DNA entwickeln, die durch genetische Rekombination oder Mutationen verursacht werden . Mutationen entstehen durch Fehler bei der DNA-Replikation oder durch die Exposition gegenüber Mutagenen . Die Mutationsraten variieren stark zwischen verschiedenen Bakterienarten und sogar zwischen verschiedenen Klonen einer einzelnen Bakterienart. Genetische Veränderungen in bakteriellen Genomen kommen entweder von einer zufälligen Mutation während der Replikation oder einer "stressgerichteten Mutation", bei der Gene, die an einem bestimmten wachstumslimitierenden Prozess beteiligt sind, eine erhöhte Mutationsrate aufweisen.

Einige Bakterien übertragen auch genetisches Material zwischen Zellen. Dies kann im Wesentlichen auf drei Arten erfolgen. Erstens können Bakterien in einem Prozess namens Transformation exogene DNA aus ihrer Umgebung aufnehmen . Viele Bakterien können auf natürliche Weise DNA aus der Umwelt aufnehmen, während andere chemisch verändert werden müssen, um sie zur DNA-Aufnahme zu bewegen. Die Entwicklung von Kompetenz in der Natur ist normalerweise mit stressigen Umweltbedingungen verbunden und scheint eine Anpassung zu sein, um die Reparatur von DNA-Schäden in Empfängerzellen zu erleichtern. Der zweite Weg, wie Bakterien genetisches Material übertragen, ist die Transduktion , bei der durch die Integration eines Bakteriophagen fremde DNA in das Chromosom eingeführt wird. Viele Arten von Bakteriophagen existieren, einige einfach infizieren und lysieren ihre Host - Bakterien, während andere Einsatz in das Bakterienchromosom. Bakterien widerstehen einer Phageninfektion durch Restriktionsmodifikationssysteme , die fremde DNA abbauen, und ein System, das CRISPR- Sequenzen verwendet, um Fragmente des Genoms von Phagen, mit denen die Bakterien in der Vergangenheit in Kontakt gekommen sind, zurückzuhalten, was ihnen ermöglicht, die Virusreplikation durch eine Form zu blockieren der RNA-Interferenz . Die dritte Methode des Gentransfers ist die Konjugation , bei der DNA durch direkten Zellkontakt übertragen wird. Unter normalen Umständen beinhalten Transduktion, Konjugation und Transformation die Übertragung von DNA zwischen einzelnen Bakterien derselben Spezies, aber gelegentlich kann eine Übertragung zwischen Individuen verschiedener Bakterienarten auftreten und dies kann erhebliche Konsequenzen haben, wie die Übertragung von Antibiotikaresistenzen. In solchen Fällen wird der Generwerb von anderen Bakterien oder der Umwelt als horizontaler Gentransfer bezeichnet und kann unter natürlichen Bedingungen üblich sein.

Verhalten

Bewegung

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von Desulfovibrio vulgaris, die ein einzelnes Flagellum an einem Ende der Zelle zeigt. Der Maßstabsbalken ist 0,5 Mikrometer lang.

Viele Bakterien sind beweglich (in der Lage, sich selbst zu bewegen) und nutzen dazu eine Vielzahl von Mechanismen. Die am besten untersuchten davon sind Flagellen , lange Filamente, die von einem Motor an der Basis gedreht werden, um eine Propeller-ähnliche Bewegung zu erzeugen. Das bakterielle Flagellum besteht aus etwa 20 Proteinen, wobei etwa weitere 30 Proteine ​​für seine Regulation und seinen Aufbau benötigt werden. Das Flagellum ist eine rotierende Struktur, die von einem reversiblen Motor an der Basis angetrieben wird, der den elektrochemischen Gradienten über die Membran zur Energiegewinnung nutzt .

Die verschiedenen Anordnungen bakterieller Flagellen: A-Monotricous; B-Lophotricous; C-amphitrich; D-Peritrich
Körper, der sich dreht, wenn er sich bewegt.

Zwei andere Arten der bakteriellen Bewegung werden als zuckende Motilität bezeichnet , die auf einer Struktur namens Typ IV-Pilus beruht , und Gleitmotilität , die andere Mechanismen verwendet. In zuckender Motilität dehnt sich der stäbchenförmige Pilus aus der Zelle aus, bindet etwas Substrat und zieht sich dann zurück, wodurch die Zelle nach vorne gezogen wird.

Bewegliche Bakterien werden durch bestimmte Reize in Verhaltensweisen, die als Steuern bezeichnet werden, angezogen oder abgestoßen : Dazu gehören Chemotaxis , Phototaxis , Energietaxis und Magnetotaxis . In einer besonderen Gruppe, den Myxobakterien, bewegen sich einzelne Bakterien zusammen, um Zellwellen zu bilden, die sich dann zu Fruchtkörpern mit Sporen differenzieren. Die Myxobakterien bewegen sich nur auf festen Oberflächen, im Gegensatz zu E. coli , das in flüssigen oder festen Medien beweglich ist.

Mehrere Listerien- und Shigella- Arten bewegen sich in Wirtszellen, indem sie das Zytoskelett an sich reißen , das normalerweise verwendet wird, um Organellen innerhalb der Zelle zu bewegen . Durch die Förderung von Aktin - Polymerisation an einem Pol ihrer Zellen, können sie eine Art Schwanz bilden , die sie durch die Wirtszelle Zytoplasma schiebt.

Kommunikation

Einige Bakterien haben chemische Systeme, die Licht erzeugen. Diese Biolumineszenz tritt häufig bei Bakterien auf, die mit Fischen leben, und das Licht dient wahrscheinlich dazu, Fische oder andere große Tiere anzulocken.

Bakterien fungieren oft als mehrzellige Aggregate, die als Biofilme bekannt sind , tauschen eine Vielzahl von molekularen Signalen für die Kommunikation zwischen den Zellen aus und üben ein koordiniertes mehrzelliges Verhalten aus.

Zu den gemeinschaftlichen Vorteilen multizellulärer Kooperation gehören eine zelluläre Arbeitsteilung, der Zugriff auf Ressourcen, die von einzelnen Zellen nicht effektiv genutzt werden können, die gemeinsame Abwehr von Antagonisten und die Optimierung des Überlebens der Population durch Differenzierung in verschiedene Zelltypen. Bakterien in Biofilmen können beispielsweise eine mehr als 500-mal höhere Resistenz gegen antibakterielle Wirkstoffe aufweisen als einzelne „planktonische“ Bakterien derselben Spezies.

Eine Art der interzellulären Kommunikation durch ein molekulares Signal wird als Quorum Sensing bezeichnet , das dazu dient, festzustellen, ob eine lokale Bevölkerungsdichte so hoch ist, dass es sinnvoll ist, in Prozesse zu investieren, die nur dann erfolgreich sind, wenn eine große Anzahl ähnlicher Organismen verhalten sich ähnlich, indem sie Verdauungsenzyme ausscheiden oder Licht emittieren

Quorum Sensing ermöglicht es Bakterien, die Genexpression zu koordinieren und ermöglicht ihnen, Autoinduktoren oder Pheromone zu produzieren, freizusetzen und zu erkennen, die sich mit dem Wachstum in der Zellpopulation anreichern.

Klassifizierung und Identifizierung

Blaufärbung von Streptococcus mutans
Streptococcus mutans, visualisiert mit einer Gram-Färbung.

Die Klassifikation versucht, die Vielfalt von Bakterienarten zu beschreiben, indem Organismen auf der Grundlage von Ähnlichkeiten benannt und gruppiert werden. Bakterien können nach Zellstruktur, Zellstoffwechsel oder Unterschieden in Zellbestandteilen wie DNA , Fettsäuren , Pigmenten, Antigenen und Chinonen klassifiziert werden . Während diese Schemata die Identifizierung und Klassifizierung von Bakterienstämmen ermöglichten, war unklar, ob diese Unterschiede Unterschiede zwischen verschiedenen Arten oder zwischen Stämmen derselben Art darstellten. Diese Unsicherheit war auf das Fehlen charakteristischer Strukturen bei den meisten Bakterien sowie auf den lateralen Gentransfer zwischen nicht verwandten Arten zurückzuführen. Aufgrund des lateralen Gentransfers können einige eng verwandte Bakterien sehr unterschiedliche Morphologien und Stoffwechselvorgänge aufweisen. Um diese Unsicherheit zu überwinden, betont die moderne Bakterienklassifikation die molekulare Systematik , indem genetische Techniken wie die Bestimmung des Guanin- Cytosin- Verhältnisses , die Genom-Genom-Hybridisierung sowie die Sequenzierung von Genen, die keinem umfangreichen lateralen Gentransfer unterzogen wurden, wie dem rRNA-Gen, verwendet werden . Die Klassifizierung von Bakterien wird durch die Veröffentlichung im International Journal of Systematic Bacteriology und Bergeys Manual of Systematic Bacteriology bestimmt. Das International Committee on Systematic Bacteriology (ICSB) unterhält internationale Regeln für die Benennung von Bakterien und taxonomischen Kategorien sowie für deren Rangordnung im International Code of Nomenclature of Bacteria .

Historisch betrachtet wurden Bakterien als Teil der Plantae , des Pflanzenreichs, angesehen und als "Schizomyceten" (Spaltungspilze) bezeichnet. Aus diesem Grund werden kollektive Bakterien und andere Mikroorganismen in einem Wirt oft als "Flora" bezeichnet. Der Begriff "Bakterien" wurde traditionell für alle mikroskopisch kleinen, einzelligen Prokaryonten verwendet. Die molekulare Systematik zeigte jedoch, dass prokaryontisches Leben aus zwei getrennten Domänen besteht , die ursprünglich Eubakterien und Archaebakterien genannt wurden, jetzt aber Bakterien und Archaeen genannt werden, die sich unabhängig von einem alten gemeinsamen Vorfahren entwickelten. Die Archaeen und Eukaryoten sind enger miteinander verwandt als beide mit den Bakterien. Diese beiden Domänen bilden zusammen mit Eukarya die Grundlage des Drei-Domänen-Systems , das derzeit das am weitesten verbreitete Klassifikationssystem in der Mikrobiologie ist. Aufgrund der relativ jungen Einführung der molekularen Systematik und einer raschen Zunahme der Zahl der verfügbaren Genomsequenzen bleibt die Bakterienklassifikation jedoch ein sich veränderndes und expandierendes Feld. Cavalier-Smith argumentierte beispielsweise, dass sich die Archaeen und Eukaryoten aus grampositiven Bakterien entwickelt haben.

Die Identifizierung von Bakterien im Labor ist insbesondere in der Medizin relevant , wo die richtige Behandlung durch die Bakterienart bestimmt wird, die eine Infektion verursacht. Folglich war die Notwendigkeit, menschliche Krankheitserreger zu identifizieren, ein wichtiger Impuls für die Entwicklung von Techniken zum Nachweis von Bakterien.

, identifiziert werden . und Färbung charakterisiert werden.

Wie bei der Bakterienklassifizierung erfolgt die Identifizierung von Bakterien zunehmend mit molekularen Methoden und der Massenspektroskopie . Die meisten Bakterien wurden nicht charakterisiert und es gibt viele Arten, die nicht im Labor gezüchtet werden können . Die Diagnostik mit DNA -basierten Methoden wie der Polymerase-Kettenreaktion wird aufgrund ihrer Spezifität und Geschwindigkeit im Vergleich zu kulturbasierten Methoden immer beliebter. Diese Verfahren ermöglichen auch den Nachweis und die Identifizierung von " lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren " Zellen, die metabolisch aktiv sind, sich jedoch nicht teilen. Aber auch mit diesen verbesserten Methoden ist die Gesamtzahl der Bakterienarten nicht bekannt und kann nicht einmal mit Sicherheit abgeschätzt werden. Nach der gegenwärtigen Klassifikation gibt es etwas weniger als 9.300 bekannte Arten von Prokaryoten, zu denen Bakterien und Archaeen gehören; Versuche, die wahre Zahl der bakteriellen Diversität abzuschätzen, reichten jedoch von 10 7 bis 10 9 Gesamtarten – und selbst diese unterschiedlichen Schätzungen können um viele Größenordnungen abweichen.

Wechselwirkungen mit anderen Organismen

Diagramm, das bakterielle Infektionen an verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers zeigt
Überblick über bakterielle Infektionen und die wichtigsten beteiligten Spezies.

Trotz ihrer scheinbaren Einfachheit können Bakterien komplexe Assoziationen mit anderen Organismen eingehen. Diese symbiotischen Assoziationen können in Parasitismus , Mutualismus und Kommensalismus unterteilt werden .

Kommensale

Das Wort "Kommensalismus" leitet sich von "Kommensal" ab, was "am gleichen Tisch essen" bedeutet und alle Pflanzen und Tiere werden von kommensalen Bakterien besiedelt. Bei Menschen und anderen Tieren leben Millionen von ihnen auf der Haut, den Atemwegen, dem Darm und anderen Körperöffnungen. Diese Bakterien, die als "normale Flora" oder "Kommensalen" bezeichnet werden, richten normalerweise keinen Schaden an, können jedoch an andere Stellen des Körpers eindringen und Infektionen verursachen. Escherichia coli kommt im menschlichen Darm vor, kann aber Harnwegsinfektionen verursachen. Ebenso können Streptokokken, die zur normalen Flora des menschlichen Mundes gehören, Herzkrankheiten verursachen .

Raubtiere

, die tote Mikroorganismen verzehrt haben, durch Anpassungen, die es ihnen ermöglichten, andere Organismen einzufangen und zu töten.

Mutualisten

Bestimmte Bakterien bilden enge räumliche Verbindungen, die für ihr Überleben unerlässlich sind. Eine solche gegenseitige Assoziation, genannt Interspezies-Wasserstofftransfer, tritt zwischen Clustern anaerober Bakterien auf , die organische Säuren wie Buttersäure oder Propionsäure verbrauchen und Wasserstoff produzieren , und methanogenen Archaeen, die Wasserstoff verbrauchen. Die Bakterien in diesem Verband können die organischen Säuren nicht verbrauchen, da bei dieser Reaktion Wasserstoff entsteht, der sich in ihrer Umgebung ansammelt. Nur die enge Verbindung mit den wasserstoffverbrauchenden Archaeen hält die Wasserstoffkonzentration niedrig genug, um das Wachstum der Bakterien zu ermöglichen.

Im Boden führen Mikroorganismen, die sich in der Rhizosphäre (einer Zone, die die Wurzeloberfläche und den Boden, der nach sanftem Schütteln an der Wurzel haftet , einschließt ) befinden, eine Stickstofffixierung durch und wandeln Stickstoffgas in stickstoffhaltige Verbindungen um. Dies dient dazu, vielen Pflanzen, die Stickstoff nicht selbst binden können, eine leicht resorbierbare Form von Stickstoff zur Verfügung zu stellen. Viele andere Bakterien kommen als Symbionten beim Menschen und anderen Organismen vor. Zum Beispiel kann das Vorhandensein von mehr als 1.000 Bakterienart in dem normalen menschlichen Darmflora des Darmes kann dazu beitragen , Immunität, synthetisiert gut Vitaminen wie Folsäure , Vitamin K und Biotin , convert Zucker zu Milchsäure (siehe Lactobacillus ) und als fermentierende komplexe unverdauliche Kohlenhydrate . Das Vorhandensein dieser Darmflora hemmt auch das Wachstum potenziell pathogener Bakterien (normalerweise durch Konkurrenzausschluss ) und diese nützlichen Bakterien werden folglich als probiotische Nahrungsergänzungsmittel verkauft .

besonders wichtig .

Krankheitserreger

Farbverstärkte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von rotem Salmonella typhimurium in gelben menschlichen Zellen
Farbverstärkte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme, die Salmonella typhimurium (rot) zeigt, die in kultivierte menschliche Zellen eindringt
relativ langsam entwickeln, treten viele bakterielle Erkrankungen auch bei anderen Tieren auf.

Wenn Bakterien mit anderen Organismen eine parasitäre Assoziation eingehen, werden sie als Krankheitserreger eingestuft. Pathogene Bakterien sind eine der Hauptursachen für Tod und Krankheit beim Menschen und verursachen Infektionen wie Tetanus (verursacht durch Clostridium tetani ), Typhus , Diphtherie , Syphilis , Cholera , lebensmittelbedingte Erkrankungen , Lepra (verursacht durch Micobacterium leprae) und Tuberkulose (verursacht durch Mycobacterium tuberculosis). ). Eine pathogene Ursache für eine bekannte medizinische Erkrankung kann erst viele Jahre später entdeckt werden, wie dies bei Helicobacter pylori und Ulcus pepticum der Fall war . Bakterielle Krankheiten sind auch in der Landwirtschaft von Bedeutung , wobei Bakterien bei Pflanzen Blattfleckenkrankheit , Feuerbrand und Welke sowie bei Nutztieren Johnes-Krankheit , Mastitis , Salmonellen und Milzbrand verursachen.

Gram-gefärbte mikroskopische Aufnahme von Bakterien aus der Vagina
Bei der bakteriellen Vaginose werden nützliche Bakterien in der Vagina (oben) durch Krankheitserreger verdrängt (unten). Gramm Fleck.
, die als Impfstoffe zur Vorbeugung der Krankheit verwendet werden.

Bakterielle Infektionen können mit Antibiotika behandelt werden , die als bakterizid eingestuft werden, wenn sie Bakterien abtöten, oder als bakteriostatisch eingestuft werden, wenn sie nur das Bakterienwachstum verhindern. Es gibt viele Arten von Antibiotika, und jede Klasse hemmt einen Prozess, der sich im Krankheitserreger von dem im Wirt unterscheidet. Ein Beispiel dafür, wie Antibiotika selektive Toxizität erzeugen, sind Chloramphenicol und Puromycin , die das bakterielle Ribosom hemmen , aber nicht das strukturell unterschiedliche eukaryontische Ribosom. Antibiotika werden sowohl bei der Behandlung menschlicher Krankheiten als auch in der Intensivlandwirtschaft zur Förderung des Tierwachstums eingesetzt, wo sie möglicherweise zur raschen Entwicklung von Antibiotikaresistenzen in Bakterienpopulationen beitragen können . Infektionen können durch antiseptische Maßnahmen wie das Sterilisieren der Haut vor dem Durchstechen mit einer Spritzennadel und durch die richtige Pflege von Verweilkathetern verhindert werden. Chirurgische und zahnärztliche Instrumente werden ebenfalls sterilisiert , um eine Kontamination durch Bakterien zu verhindern. Desinfektionsmittel wie Bleichmittel werden verwendet, um Bakterien oder andere Krankheitserreger auf Oberflächen abzutöten, um eine Kontamination zu verhindern und das Infektionsrisiko weiter zu reduzieren.

Bedeutung in Technik und Industrie

Bakterien, oft Milchsäurebakterien , wie Lactobacillus- Arten und Lactococcus- Arten, werden in Kombination mit Hefen und Schimmelpilzen seit Jahrtausenden bei der Herstellung von fermentierten Lebensmitteln, wie Käse , Essiggurken , Sojasauce , Sauerkraut , Essig , Wein verwendet und Joghurt .

.

Anstelle von Pestiziden können auch Bakterien in der biologischen Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden . Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Bacillus thuringiensis (auch BT genannt), ein Gram-positives, im Boden lebendes Bakterium. Unterarten dieser Bakterien werden als Lepidoptera- spezifische Insektizide unter Handelsnamen wie Dipel und Thuricide verwendet. Aufgrund ihrer Spezifität gelten diese Pestizide als umweltfreundlich und haben keine oder nur geringe Auswirkungen auf Menschen, Wildtiere , Bestäuber und die meisten anderen nützlichen Insekten .

Aufgrund ihres schnellen Wachstums und ihrer relativ einfachen Manipulation sind Bakterien die Arbeitspferde für die Bereiche Molekularbiologie , Genetik und Biochemie . Durch Mutationen in bakterieller DNA und Untersuchung der resultierenden Phänotypen können Wissenschaftler die Funktion von Genen, Enzymen und Stoffwechselwegen in Bakterien bestimmen und dieses Wissen dann auf komplexere Organismen anwenden. Dieses Ziel, die Biochemie einer Zelle zu verstehen, erreicht seinen komplexesten Ausdruck in der Synthese riesiger Mengen von enzymkinetischen und Genexpressionsdaten zu mathematischen Modellen ganzer Organismen. Dies ist bei einigen gut untersuchten Bakterien möglich, wobei jetzt Modelle des Escherichia coli- Stoffwechsels hergestellt und getestet werden. Dieses Verständnis von bakteriellen Stoffwechsel und Genetik ermöglicht den Einsatz von Biotechnologie bioengineer Bakterien zur Herstellung von therapeutischen Proteinen, wie Insulin , Wachstumsfaktoren oder Antikörpern .

konserviert . Dies stellt die Verfügbarkeit des Stamms für Wissenschaftler weltweit sicher.

Geschichte der Bakteriologie

Gemälde von Antonie van Leeuwenhoek, in Robe und Rüschenhemd, mit Tusche und Papier
Antonie van Leeuwenhoek , die erste Mikrobiologin und die erste Person, die Bakterien mit einem Mikroskop beobachtet .

Bakterien wurden erstmals 1676 von der niederländischen Mikroskopikerin Antonie van Leeuwenhoek mit einem von ihm entwickelten Einlinsen- Mikroskop beobachtet . Anschließend veröffentlichte er seine Beobachtungen in einer Reihe von Briefen an die Royal Society of London . Bakterien waren Leeuwenhoeks bemerkenswerteste mikroskopische Entdeckung. Sie waren gerade an der Grenze dessen, was seine einfachen Objektive ausmachen konnten, und in einer der auffälligsten Pausen in der Geschichte der Wissenschaft würde sie über ein Jahrhundert lang niemand mehr sehen. Zu seinen Beobachtungen gehörten auch Protozoen, die er Animalcules nannte , und seine Erkenntnisse wurden im Lichte der neueren Erkenntnisse der Zelltheorie noch einmal betrachtet .

Christian Gottfried Ehrenberg führte 1828 das Wort "Bakterium" ein. Tatsächlich war sein Bakterium eine Gattung, die nicht sporenbildende stäbchenförmige Bakterien enthielt, im Gegensatz zu Bacillus , einer von Ehrenberg definierten Gattung sporenbildender stäbchenförmiger Bakterien im Jahr 1835.

Louis Pasteur zeigte 1859, dass das Wachstum von Mikroorganismen den Fermentationsprozess verursacht und dass dieses Wachstum nicht auf eine spontane Erzeugung zurückzuführen ist ( Hefen und Schimmelpilze , die üblicherweise mit der Fermentation in Verbindung gebracht werden, sind keine Bakterien, sondern Pilze ). Pasteur war zusammen mit seinem Zeitgenossen Robert Koch ein früher Verfechter der Krankheitskeimtheorie . Vor ihnen, Ignaz Semmelweis und Joseph Lister hatte die Bedeutung der hygienisiert Hände in der medizinischen Arbeit realisiert. Semmelweis Ideen wurden abgelehnt und sein Buch zu diesem Thema von der medizinischen Gemeinschaft verurteilt, aber nach Lister begannen die Ärzte in den 1870er Jahren, ihre Hände zu desinfizieren. Während Semmelweis, der in den 1840er Jahren in seinem Krankenhaus mit Regeln zum Händewaschen anfing, der Verbreitung der Ideen über Keime selbst vorausging und Krankheiten auf "die Zersetzung tierischer organischer Stoffe" zurückführte, wurde Lister später aktiv.

Robert Koch, ein Pionier der medizinischen Mikrobiologie, arbeitete an Cholera , Milzbrand und Tuberkulose . In seinen Forschungen zur Tuberkulose bewies Koch schließlich die Keimtheorie, für die er 1905 den Nobelpreis erhielt . In Kochs Postulaten legte er Kriterien fest, um zu prüfen, ob ein Organismus die Ursache einer Krankheit ist , und diese Postulate werden bis heute verwendet.

Ferdinand Cohn gilt als Begründer der Bakteriologie und erforschte ab 1870 Bakterien. Cohn war der erste, der Bakterien nach ihrer Morphologie klassifizierte.

Obwohl im 19. Jahrhundert bekannt war, dass Bakterien die Ursache vieler Krankheiten sind, gab es keine wirksamen antibakteriellen Behandlungen. 1910 entwickelte Paul Ehrlich das erste Antibiotikum, indem er Farbstoffe, die Treponema pallidum selektiv färbten – den Spirochäten , der Syphilis verursacht – in Verbindungen umwandelte, die den Erreger selektiv abtöteten. Ehrlich wurde 1908 mit dem Nobelpreis für seine Arbeiten zur Immunologie ausgezeichnet und war Pionier bei der Verwendung von Farbstoffen zum Nachweis und zur Identifizierung von Bakterien, wobei seine Arbeit die Grundlage der Gram-Färbung und der Ziehl-Neelsen-Färbung bildete .

.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

  • Clark, David (2010). Keime, Gene und Zivilisation: Wie Epidemien unser heutiges Wesen geprägt haben . Upper Saddle River, NJ: FT Press. ISBN 978-0-13-701996-0. OCLC  473120711 .
  • Crawford, Dorothy (2007). Tödliche Gefährten: Wie Mikroben unsere Geschichte geprägt haben . Oxford New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-956144-5. OCLC  183198723 .
  • Halle, Brian (2008). Strickbergers Evolution: die Integration von Genen, Organismen und Populationen . Sudbury, Masse: Jones und Bartlett. ISBN 978-0-7637-0066-9. OCLC  85814089 .
  • Krasner, Robert (2014). Die mikrobielle Herausforderung: eine Perspektive der öffentlichen Gesundheit . Burlington, Massachusetts: Jones & Bartlett Lernen. ISBN 978-1-4496-7375-8. OCLC-  794228026 .
  • Pommerville JC (2014). Grundlagen der Mikrobiologie (10. Aufl.). Boston: Jones und Bartlett. ISBN 978-1-284-03968-9.
  • Wheelis, Markus (2008). Grundlagen der modernen Mikrobiologie . Sudbury, Masse: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 978-0-7637-1075-0. OCLC  67392796 .