Bakterien

Einleitung Bakterien (griechisch bakterion: Stäbchen)

Bakterien sind winzig, zwischen einem Mikrometer (tausendstel Millimeter) und 0,75 Millimeter groß und finden sich in nahezu jeder Umwelt: in Luft, Boden, Wasser, Eis und über 100 °C heißen Quellen. Bakterien versorgen sich auf unterschiedlichste Art mit Energie und Nährstoffen.

Eigenschaften

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)
· Spirochäten (spiralförmig)

nach ihrer Zellwandstruktur; nach unterschiedlicher Färbbarkeit (Gram-Färbung) -> dabei werden alle vorhandenen Bakterien mit Kristallviolett eingefärbt, was eine blaue Farbe ergibt. Nach Beizung mit Jod-Kaliumjodid und Entfärbung mit Alkohol halten nur die Bakterien mit mehrschichtigem Murein den Farbstoff zurück, die mit einschichtigem Murein geben ihn wieder ab. grampositiv (violett färbbar), gramnegative Bakterien (rot färbbar); 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.


Bakterienzellen sind normalerweise von einer festen, schützenden Zellwand umgeben. Die darunter liegende Zellmembran regelt die Stoffpassage in das Zytoplasma (das halbflüssige Zellinnere) und aus diesem heraus. Die DNA, das Erbmaterial, liegt im Nucleoid, dem Kernäquivalent der Bakterien (Bakterien haben keinen echten, von einer Membran umhüllten Zellkern). An den Ribosomen findet die Proteinsynthese statt. Viele Bakterien verfügen über Pili (Singular: Pilus), Strukturen, die aus der Zelle herausragen, um DNA zu einem anderen Bakterium übertragen zu können. Das Flagellum mancher Arten dient der Fortbewegung. Einige Bakterien haben ein Plasmid, ein zusätzliches, kleines Chromosom mit weiteren Genen. Bestimmte Arten erzeugen eine Kapsel, eine klebrige Hülle außerhalb der Zellwand, die Bakterien gegen Angriffe weißer Blutzellen schützt. Mesosomen galten früher als bakterielle Strukturen unbekannter Funktion. Heute sind sie als Artefakte entlarvt: Sie entstehen, wenn Bakterien für die Betrachtung durch ein Elektronenmikroskop präpariert werden.



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 zu bewegen und von ungünstigen Umweltbedingungen entfernen.




Vermehrung

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 15 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.