Lerntext Bakterien

Roland Heynkes, 10.12.2018

Diese Internetseite soll Lernende beim selbständigen Lernen oder bei der Wiederholung dessen unterstützen, was sie über Bakterien bereits gelernt haben sollten.

Gliederung

zum Text Die Stellung der Bakterien in der Systematik der Lebewesen
zum Text Die ganz andere Evolution der Bakterien
zum Text Aufbau der Bakterien
zum Text Bakterien zwischen Leben und Nichtleben
zum Text Menschen brauchen Bakterien
zum Text Risiko Biofilm

Die Stellung der Bakterien in der Systematik der Lebewesen nach oben

Viele Millionen, vielleicht sogar Milliarden Jahre lang soll es auf der Erde nur Bakterien und Archaeen gegeben haben. Nach der inzwischen allgemein akzeptierten Endosymbionten-Theorie entstanden erst viel später die ersten Eukaryoten als eine Endosymbiose von Archäen und in ihnen lebenden Bakterien.

Seitdem sind Bakterien neben Archäen, Eukaryoten und vielleicht Viren eine der 3-4 Grundtypen (Domänen), in die man heute die Lebewesen einteilt. Bakterien und Archäen nennt man Prokaryoten, weil sie keinen Zellkern besitzen. Auch die anderen Organellen der Eukaryoten haben Bakterien und Archäen nicht.

Einteilung der Lebewesen

Die ganz andere Evolution der Bakterien nach oben

Da sie nur aus einer Zelle bestehen, können sich Bakterien durch Zellteilung vermehren. Sie passen sich evolutionär an ihre Umwelten an, indem sie bei jeder Zellteilung durch Kopierfehler kleine Änderungen in ihre Baupläne schreiben. So verändern sie sich mit jeder Zellteilung und zwei durch eine Zellteilung entstandenene Zwillinge können sich zu verschiedenen Spezies entwickeln. Denn im Gegensatz zur Zeugung eines Menschen entsteht bei der Zellteilung eines Prokaryoten kein neues Lebewesen, sondern aus einem fast 4 Milliarden Jahre alten Lebewesen werden zwei fast 4 Milliarden Jahre alte Lebewesen, die niemals altern, sich aber ständig verändern.

Zusätzlich zu ihrem großen Bakterien-Chromosom besitzen viele Bakterien kleine, Plasmid genannte DNA-Ringe, die nützliche Rezepte (Gene) für die Herstellung bestimmter Eiweiße enthalten. Einige dieser Eiweiße schützen die Bakterien vor Antibiotika. Sogar Bakterien unterschiedlicher Spezies können sich durch winzige Tunnel verbinden und Plasmide austauschen. Auf diese Weise können sie wichtige Fähigkeiten sogar über Artgrenzen hinweg untereinander austauschen.

Auch heute noch sind Bakterien die häufigsten zellulären Lebewesen. Entdeckt wurden sie aber erst 1674 oder 1675 durch Antoni van Leeuwenhoek. Inzwischen sind sie recht gut erforscht und es gibt von ihnen Zeichnungen, die man (mit korrekter Quellenangabe) öffentlich zeigen darf.

Schema eines Bakteriums
Bakterium von Mariana Ruiz Villarreal
Mariana Ruiz Villarreal, public domain

Aufbau der Bakterien nach oben

Der ringförmige Bauplan (das Genom) ist bei Bakterien zwar nicht geschützt in einem Zellkern, schwimmt aber auch nicht völlig frei in der Zelle herum, sondern liegt zusammen gedrängt in einem Nucleoid genannten Bereich. Im Gegensatz zu tierischen Zellen besitzen Bakterien außerhalb ihrer Zellmembran noch eine Zellwand, die wie bei Pflanzenzellen ein Platzen durch inneren Überdruck verhindert. Außerhalb der Zellwand sind manche Bakterien zusätzlich von eine Kapsel genannten, klebrigen Schleimschicht umgeben.

Als man noch keine sinnvolleren Unterscheidungsmerkmale kannte, teilte man die Bakterien einfach nach der äußeren Körperform in stäbchenförmige Bazillen, kugelförmige Kokken und spiralige Spirillen oder Spirochäten. Viele Bakterien-Spezies können sich mit Wimpern oder Geißeln fortbewegen.

Bakterien zwischen Leben und Nichtleben nach oben

Um aktiv leben zu können, benötigen Bakterien zumindest etwas Wasser oder Feuchtigkeit. Sie können aber auch Millionen Jahre in einem todesähnlichen Zustand verbringen und eine Pause vom Leben machen. Verschlechtern sich die Lebensbedingungen, dann bilden viele Bakterien Sporen, die Trockenheit, große Hitze überstehen. Als nicht lebende Lebewesen benötigen sie keine Nahrung und sind äußerst unempfindlich gegenüber ungünstigen Umweltbedingungen. Bei günstigen Umweltbedingungen können sich manche Bakterienarten alle 20 Minuten durch Zellteilung vermehren. So kann über Nacht aus einem einzigen Bakterium eine mit bloßem Auge gut sichtbare Bakterien-Kolonie mit Millionen Bakterien werden.

Menschen brauchen Bakterien nach oben

Bakterien haben sich an unterschiedlichste Nahrungsquellen angepasst. Ihre Anpassungsfähigkeit wird nur von den Viren (Bakteriophagen) erreicht, die sich in Bakterien vermehren und für die meisten Todesfälle unter den Bakterien verantwortlich sind. Menschen nutzen die Anpassungsfähigkeit der Bakterien unbewusst schon seit Jahrtausenden in der Nahrungsmittelherstellung (Herstellung von Sauerteig, Joghurt, saurer Sahne, Käse, Sauerkraut, Salzgurken, Essig, Pökelfleisch und Wurst). Heute nutzen wir Bakterien auch in Biogas- und Kläranlagen sowie für die Herstellung von Medikamenten.

Die meisten Bakterien sind für uns unschädlich oder nützlich, denn Bakterien haben keinen Nutzen davon, wenn sie uns töten. Da sie kein Gehirn besitzen, ist auch kaum vorstellbar, dass sie etwas planen. Eigentlich können sie nicht einmal wissen, dass es uns gibt. Im Grunde versuchen Bakterien nur, zu überleben, sich zu ernähren, zu wachsen und sich zu vermehren. Allerdings wissen wir Menschen auch noch nicht lange, dass es die Bakterien gibt. Und wir fangen gerade erst an zu verstehen, dass wir nicht nur ohne Bakterien gar nicht leben können. Im Grunde ist es nicht so, dass unzählige Bakterien-Spezies auf und in uns leben, sondern sie sind unverzichtbare Teile von uns. Manchmal töten Antibiotika soviele nützliche Bakterien im Dickdarm eines Menschen, dass der Mangel an nützlichen Helfern den Menschen tötet.

Näheres zur Bedeutung der Mikrobiom genannten Gesamtheit aller Bakterien in und auf anscheinend jedem vielzelligen Lebewesen findet sich im Lerntext: "Dokumentation Die unsichtbare Macht der Mikroben".

Risiko Biofilm nach oben

Manche Bakterien-Spezies haben Eigenschaften, die sie für uns gefährlich machen. Und leider haben wir Menschen durch übermäßigen und unsachgemäßen Gebrauch von Antibiotika die gefährliche Eigenschaft der Antibiotika-Resistenz bei vielen Bakterien-Spezies gezüchtet, indem wir selektiv nur die weniger resistenten töteten. Solche auf der Haut meist harmlose Bakterien können tödlich werden, falls sie in den menschlichen Körper gelangen.

Viele Bakterien bilden Kolonien und umgeben sich gemeinsam mit einer schützenden Hülle. Solche Hüllen können auch vor Antibiotika schützen und die Behandlung von Biofilmen zum großen Problem machen, wenn sich Biofilme in menschlichen Körpern bilden. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn die Haut an der Einstichstelle einer Spritze oder eines Katheters nicht ausreichend desinziziert wurde. Dann gelangen nämlich Bakterien in Blut- oder Lymphgefäße, an deren Wände sie sich anheften und wo sie sich vermehren können. Gelangen mehrere Bakterien gleichzeitig in einen Wirtsorganismus, dann können sie sich gegenseitig anlocken und rasch eine Kolonie bilden, die dann schnell einen Schutzfilm beziehungsweise eine Matrix aufbaut. Das Ganze nennt man Biofilm und lässt sich mit Antibiotika kaum behandeln. Biofilme wachsen und bilden irgendwann Kolonien im ganzen Körper. Spätestens dann wird die Bekämpfung fast aussichtslos, denn die bisher einzige Möglichkeit einer Behandlung ist das mechanische Abschaben oder Herausoperieren.

Forscher suchen nach Stoffen, mit denen man die Kommunikation der Bakterien stören könnte. Ist der Biofilm aber ersteinmal gebildet, wird das kaum noch helfen. Mit Bakteriophagen könnte man Bakterien in offenen Wunden sehr gut behandeln, wenn das Verfahren in Europa endlich zugelassen würde. Aber Bakteriophagen wirken immer nur gegen eine Bakterien-Spezies und Biofilme enthalten oft mehrere. Außerdem ist fraglich, ob die Bakteriophagen die Matrix überhaupt durchdringen können. Vielleicht könnte man mechanisch nicht belastete Implantat-Oberflächen keimtötend beispielsweise mit Silber, Kupfer oder Peptiden beschichten. Vielleicht lassen sich die Matrix-Strukturen auch enzymatisch auflösen. All das muss aber erst erforscht werden. Umso wichtiger ist daher das gründliche Desinfizieren.

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Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE

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