Flashcars Mikrobiologie – Grundlagen

Mikroorganismen - Grundlagen

Mikroorganismen sind Kleinstlebewesen, die fast ausschließlich unter dem Mikroskop gesehen werden können. Zumeist handelt es sich um Einzeller (Bakterien, Archäen, Protozoen); es gibt aber auch wenigzellige Lebewesen (Pilze, Algen) darunter. Ob Viren dazu zählen, ist umstritten.

Prokaryotische und Eukaryotische Zellen wurden bereits in Kapitel 1.2. behandelt. Mikroben können unserem Körper einerseits nützen (Veredelung Lebensmittel, Haut- und Darmflora) aber andererseits auch schaden. Bakterien, Schimmelpilze und Hefen sind am Verderb von Nahrungsmitteln beteiligt. Gelangen von Mikroorganismen gebildete Giftstoffe (Toxine) über die Nahrung in den Körper, kann daraus eine Lebensmittelvergiftung resultieren. Die Mikroorganismen selbst gelangen dabei nicht notwendigerweise selbst in den Körper. Anders ist dies bei Lebensmittelinfektionen. Dabei werden Nahrungsmittel eingenommen, die krankheitserregende Mikroorganismen enthalten. Der Körper reagiert darauf, indem er sein Immunsystem aktiviert. Fäkal-orale Übertragung oder Schmierinfektion sind die Übertragungswege bei Lebensmittelinfektionen. Infektionen können aber auch durch Tröpfcheninfektion, direkten Kontakt mit anderen Menschen oder Tieren beziehungsweise Bisse (Insekten oder andere Tiere) übertragen werden.

In der Lebensmittelindustrie werden vor allem mit Hefen und Milchsäurebakterien fermentierte Lebensmittel hergestellt. Weiter werden Mikroorganismen noch in der Biotechnologie eingesetzt, z. B. in der Landwirtschaft (Silage), der Gesundheitsbiotechnologie (Antibiotika), der Umweltbiotechnologie (Klärwerke) oder der Industriebiotechnologie (Enzymproduktion für Textil-, Leder- und Papierindustrie). Außerdem wird der menschliche und tierische Körper außen und innen von Mikroorganismen besiedelt, die teils überlebenswichtig sind. Sogar Pflanzen leben mit Mikroorganismen. Sie konkurrieren mit potenziell schädlichen (pathogenen) Bakterien um Nahrung und schützen so Tiere und Menschen vor Infektionen.

Mikroorganismen - Grundlagen

Mikroorganismen sind Kleinstlebewesen, die fast ausschließlich unter dem Mikroskop sichtbar sind. Es handelt sich zumeist um Einzeller (Bakterien, Archäen, Protozoen), aber es gibt auch wenigzellige Lebewesen (Pilze, Algen) darunter. Es ist umstritten, ob Viren dazugehören.

Prokaryotische und Eukaryotische Zellen wurden bereits in Kapitel 1.2. behandelt. Mikroben können unserem Körper einerseits nützen (Veredelung von Lebensmitteln, Haut- und Darmflora), aber andererseits auch schaden. Bakterien, Schimmelpilze und Hefen sind am Verderb von Nahrungsmitteln beteiligt. Gelangen von Mikroorganismen gebildete Giftstoffe (Toxine) über die Nahrung in den Körper, kann daraus eine Lebensmittelvergiftung resultieren. Die Mikroorganismen selbst gelangen dabei nicht notwendigerweise selbst in den Körper. Anders ist dies bei Lebensmittelinfektionen. Dabei werden Nahrungsmittel eingenommen, die krankheitserregende Mikroorganismen enthalten. Der Körper reagiert darauf, indem er sein Immunsystem aktiviert. Fäkal-orale Übertragung oder Schmierinfektion sind die Übertragungswege bei Lebensmittelinfektionen. Infektionen können aber auch durch Tröpfcheninfektion, direkten Kontakt mit anderen Menschen oder Tieren bzw. Bisse (Insekten oder andere Tiere) übertragen werden.

In der Lebensmittelindustrie werden vor allem mit Hefen und Milchsäurebakterien fermentierte Lebensmittel hergestellt. Weiter werden Mikroorganismen noch in der Biotechnologie eingesetzt, z. B. in der Landwirtschaft (Silage), der Gesundheitsbiotechnologie (Antibiotika), der Umweltbiotechnologie (Klärwerke) oder der Industriebiotechnologie (Enzymproduktion für Textil-, Leder- und Papierindustrie). Außerdem wird der menschliche und tierische Körper außen und innen von Mikroorganismen besiedelt, die teils überlebenswichtig sind. Sogar Pflanzen leben mit Mikroorganismen. Sie konkurrieren mit potenziell schädlichen (pathogenen) Bakterien um Nahrung und schützen so Tiere und Menschen vor Infektionen.

Archäen

Archäen (Archäbakterien) sind prokaryotische Einzeller. Zusammen mit Bakterien bilden sie die Prokaryoten, die im Gegensatz zu Eukaryoten keinen Zellkern besitzen. Archäen besitzen zwar viele Eigenschaften, die für Bakterien typisch sind, ähneln aber in vielen molekularbiologischen Eigenschaften mehr den Eukaryoten. Früher bezeichnete man Archäen auch als Arche- oder Urbakterien. Sie unterscheiden sich jedoch von Bakterien stark u.a. bei genetischen, biochemischen oder strukturellen Eigenschaften. Daher wird diese Bezeichnung heute nicht mehr verwendet. Archäen zeigen eventuell Merkmale des frühen Lebens auf der Erde. Sie können auch in extrem unwirtlichen Gebieten vorkommen, da sie hohen Temperaturen, sehr niedrigen oder sehr hohen pH-Werten, hohen Salzkonzentrationen oder hohen Drücken standhalten. Daher können sie beispielsweise durch das Kochen von Wasser nicht abgetötet werden. Allerdings sind bisher keine Krankheitserreger unter ihnen bekannt. Oftmals sind sie in sehr heißen bzw. salzigen Gewässern oder vulkanischen Gebieten anzutreffen. Archäen sind für die Forschung besonders interessant, da sie bei Boden- und Gewässersanierungen eingesetzt werden können.

Bakterien

Bakterienzellen sind überall vorkommende, prokaryotische Einzeller. Sie können auf Umweltreize sowie andere Bakterien reagieren. Sie sind nur etwa 1 \mu m (1/100 mm) groß (abgesehen von sogenannten Riesenbakterien). In Bezug auf Bakterien wird Wachstum mit der Erhöhung der Anzahl an Bakterien ( = Vermehrung) gleichgesetzt. Bakterien können sich schneller vermehren als andere Lebewesen. Manche Bakterien haben eine oder mehrere Geißeln zur Fortbewegung. Ihr Zytoplasma ist enzymreich; in ihm ist zudem die Erbinformation gespeichert. Die Zellmembran umschließt das Zellplasma vollständig und besteht aus Lipiden sowie Proteinen. Bakterien haben weder Organellen noch Chromosomen. Sie sind die einfachsten Zellen, die es gibt. Geformt werden sie von der Zellwand (starres äußeres Gerüst), die aus Murein besteht. Murein kommt nur bei Bakterien vor. Viele Antibiotika greifen genau dieses Murein an und zerstören so die Bakterien (z. B. Penicillin).

Lebensmittel werden von Mischpopulationen besiedelt, sprich von mehr als einer Bakterienart, aus biologischen Gründen sind die verschiedenen Bakterienarten auch unterschiedlich stark vertreten. Die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft wird als Sukzession bezeichnet.

Gramfärbung

Eine Methode, um Bakterien einzufärben, ist die sogenannte Gramfärbung. Durch die Zugabe von Alkohol kann man auf Eigenschaften der Zellwand schließen.

• Grampositive Bakterien (z. B. Staphylokokken, Milchsäurebakterien, …) haben eine dicke, robuste Zellwand und der Farbstoff bleibt auch nach der Zugabe von Alkohol in ihnen. Die robuste Zellwand der grampositiven Bakterien lässt sie außerhalb des Körpers überleben.

• Gramnegative Bakterien (z.B. Escherichia (E.) coli, Salmonella, …) haben eine dünnere Zellwand. Außerhalb von dieser ist eine äußere Membran, die aus großen, komplexen Molekülen aufgebaut ist. Es handelt sich um Verbindungen aus Lipiden und Zuckerketten, die als Endotoxine bezeichnet werden. Diese äußere Membran schützt gramnegative Bakterien auch vor einigen Antibiotika sowie vor Lysozym, das die Zellwand angreift und daher für Bakterien gefährlich werden kann. Viele Bakterien des Verdauungstraktes sind gramnegative Bakterien, deren besondere Zellhülle sie vor den dortigen Enzymen und Gallensäuren schützt.

Manche Bakterien verfügen über Kapseln oder Schleimabsonderungen. Dadurch sind sie z.B. vor dem Immunsystem des Wirtes geschützt, da sich die Antikörper nicht direkt an die Zelle binden können. Der Schleim ermöglicht aber auch, dass sie sich auch an Oberflächen festsetzen können.

Einteilung

Die Einteilung der Bakterien erfolgt verschieden nach gewissen Kriterien, wie z.B.:

• Aktivität: z. B. Milchsäurebakterien

• Gramfärbung: grampositiv und gramnegativ (Vorhandensein einer äußeren Zellwand)

  • grampositiv z. B. Staphylokokken, Milchsäurebakterien, Corynebakterien

  • gramnegativ z. B. E. coli, Salmonellen

• Bildung von Endosporen: zum Überdauern widriger Zeiten gebildet

• Abhängigkeit von Sauerstoff:

  • aerob: brauchen Sauerstoff

  • mikroaerophil: tolerieren nur geringen O_2-Gehalt

  • anaerob: benötigen keinen Sauerstoff

  • aerotolerant: benötigen keinen Sauerstoff, tolerieren ihn aber

• Zellform:

  • Kokken

  • Stäbchen

  • Vibrionen

  • Spirillen

• Begeißelung: Bewegungsvermögen

  • unbegeißelt

  • polar begeißelt

  • peritrich begeißelt (an gesamter Zelloberfläche)

Bakterien derselben Art können auch unterschiedliche Eigenschaften haben (durch Mutation). Serotypen bzw. Bakterienstämme nennt man unterschiedliche Varianten innerhalb einer Art. So sind die Salmonellen, die eine Lebensmittelvergiftung auslösen denen sehr ähnlich, die Typhus verursachen und unterscheiden sich nur als Serotypen voneinander.

Beschleunigt durch Enzyme werden im Stoffwechsel kontrolliert Nährstoffe abgebaut, um die Energie zu nutzen und neue Zellbestandteile zu bilden. Im Atmungsstoffwechsel wird die in Substraten gespeicherte Energie am effizientesten genutzt, um neue Biomasse aufzubauen. Dabei wird zwischen aerober und anaerober Atmung unterschieden. Die aerobe Atmung kann mit vollständiger oder unvollständiger Oxidation von statten gehen. Das aus den Substraten (z. B. Glucose) entstehende Produkt der vollständigen Oxidation (aerobe Bakterien) ist Kohlenstoffdioxid CO2. Bei der unvollständigen Oxidation (Essigsäurebakterien) entstehen CO2 und Essigsäure sowie bei der anaeroben Atmung (Nitritatmer) Stickstoff oder Ammoniak. Atmende Bakterien werden zur Produktion von Enzymen, Aromastoffen, Aminosäuren etc. eingesetzt, Essigsäurebakterien zur Produktion von Speiseessig.

Die Gärung ist ein weiterer Weg, um ohne Sauerstoff auszukommen. Nur gewisse Nährsubstrate können überhaupt vergoren werden; am besten eignet sich Zucker. Bei der Gärung ist der Energiegewinn bei höheren Stoffumsätzen geringer, während bei der Atmung der Energiegewinn bei hohen Wachstumsraten höher ist. Der hohe Stoffumsatz der Gärung ermöglicht den Einsatz dieser Bakterien für die Lebensmittelproduktion (fermentierte Lebensmittel). Dabei gibt es verschiedene Arten der Gärung:

Wachstum und Vermehrung

Bei der Vermehrung der Bakterien (auch Wachstum genannt) entstehen aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen, die jeweils die DNA vollständig erhalten. Sichtbar werden sie z. B. in einer Flüssigkeit als Trübung oder im Labor in Petrischalen auf festem Agar-Nährboden.

Bakterien vermehren sich exponentiell: Aus einem Bakterium werden 2, daraus werden 4, daraus werden 8, dann 16, 32 etc. Verdopplungszeit bzw. Generationszeit nennt man jene Zeitspanne, in der sich die Bakterienmenge verdoppelt und ist abhängig von der Phase des Vermehrungszyklus, in der sich die Bakterien gerade befinden. Aufgrund der exponentiellen Vermehrung ist der Anfangskeimgehalt (z. B. in keimbelasteten Lebensmitteln) relevant. Je höher dieser ist, umso schneller verdirbt das Lebensmittel.

Die Vermehrung von Bakterien läuft in Phasen ab und beginnt mit der Anfangsphase (Anlaufphase, lag- Phase). Hierbei nimmt das Wachstum ständig zu, die Bakterien stellen sich auf die neue Umgebung ein und produzieren spezifische Enzyme. In der exponentiellen Wachstumsphase teilen sich die Bakterien mit maximaler Geschwindigkeit, die Verdopplungszeit ist hier am geringsten. Nach einer Zeit führt Nährstoffmangel zum Absterben vieler Bakterien und zur Reduktion der Geschwindigkeit, Verluste und Zellproduktion gleichen sich hierbei aus und es besteht kein Netto-Wachstum. In der Absterbephase nimmt die Zellzahl im Gesamten ab. In dieser Phase werden von einigen Bakterien Endosporen oder andere Dauerformen gebildet, um diese Zeit bis zur Verbesserung der Lebensbedingungen überdauern zu können.

Das Wachstum wird durch mehrere Faktoren beschränkt. Bakterien verbrauchen ihre Nährstoffe (z. B. Zucker oder Aminosäuren) nach einer gewissen Zeit. Für aerobe Keime stellt Sauerstoffmangel einen hemmenden Faktor dar. Konkurrenz durch andere Keime und Endprodukte, die durch Mikroben ausgeschieden werden, können ebenfalls das Wachstum hemmen. Gewisse Bakterien verhindern aktiv das Wachstum anderer Bakterien durch Veränderung des Milieus mittels organischer Säuren, Kohlendioxid, Ammoniak, Amine oder Alkohol. Manche greifen andere Bakterien auch direkt mit Hemmstoffen, Bakteriozinen oder Wasserstoffperoxid an.

Um unwirtliche Zeiten zu überleben, bilden bestimmte Gruppen Dauerformen wie Zysten (Bodenbakterien), Konidien (Aktinomyceten), VBNC-Formen (z.B. E. coli) und Endosporen (Clostridien, Bacillen). Abgesehen von den Endosporen können all diese Dauerformen bei 100 °C abgetötet werden.

Pilze

Pilze gehören wie Tiere und Pflanzen zu den „höheren Organismen“, da sie einen Zellkern aufweisen. Im Unterschied zu Pflanzen besitzen sie kein Chlorophyll und betreiben somit keine Photosynthese. Daher brauchen sie organische Substanzen für die Energiegewinnung. Pilze können vielfältig unterteilt werden.

• Mehrzellige Pilze (z.B. Schimmel-, Speise- und Giftpilze): Die fadenförmigen Zellen der Pilze heißen Hyphen, diese bilden zusammen das Myzel. Teilweise bilden diese auch Fruchtkörper aus.

• Einzellige Pilze: z.B. Hefen.

Pilze beteiligen sich am Kohlenstoffkreislauf der Erde. Zusammen mit Bakterien bauen Pilze organische Substanz ab, die zuvor von Produzenten mit Sonnenstrahlung aufgebaut wurde, mineralisieren abgestorbene Pflanzen sowie Tiere und stellen im Zuge dessen CO_2 her, das wiederum von den Produzenten benötigt wird. Diese Prozesse sind unabdingbar für andauerndes Wachstum auf der Erde.

Pilze können sich ungeschlechtlich (asexuell) oder geschlechtlich (sexuell) fortpflanzen. Es gibt allerdings keine Unterteilung in männliche und weibliche Pilze; es paaren sich einfach zwei Pilzindividuen. Zur Fortpflanzung errichten sie Fruchtkörper mithilfe ihrer Hyphen. Die Hyphen zweier Pilze verschmelzen, die Zellkerne der zwei Paarungstypen vereinigen sich zu einer Zygote in den dann gebildeten Fruchtkörpern. Zellen mit einem diploiden Chromosomensatz entstehen, teilen sich danach wieder in Zellen mit einem haploiden Chromosomensatz.

Die Zellen der Pilze sind ca. 10 µm groß, also um einiges größer als Bakterienzellen. Pilzzellen weisen Kompartimente (durch Membranen geschaffene Räume innerhalb der Zellen), sogenannte Zellorganellen, auf. Die äußere Begrenzung bildet die Zellwand, die sie schützt. Die Zellmembran darunter kontrolliert die Aufnahme von Substanzen. Gefüllt ist die Zelle mit Zytoplasma, welches unter anderem Enzyme enthält. Im Zytoplasma liegen außerdem die Organellen. Mitochondrien erzeugen als „Kraftwerke“ Energie, die Chromosomen enthalten die Erbanlagen. Lysosomen sind für die Verdauung gewisser Stoffe zuständig, in Vakuolen sind Reserve- und Abfallstoffe gespeichert und in den Ribosomen werden die Proteine synthetisiert. Innere Membransysteme stellen den Stofftransport innerhalb der Zelle sicher. Die Zellwand ist meist aus Chitin gebaut, manchmal aus Cellulose. Septen unterteilen die Zellhyphen.

Die Einteilung der Pilze richtet sich nach den bei der Vermehrung gebildeten Strukturen und dabei ablaufenden Prozesse, sowie nach der Anwesenheit von Septen. Eine Übersicht über die wichtigsten Pilze und Vertreter sei hier kurz gegeben:

Schlauchpilze

Sehr viele Schimmelpilze gehören zu den Schlauchpilzen, diese können sehr nützlich sein, aber auch großen Schaden anrichten. So kann z.B. Aspergillus industriell zur Zitronensäureproduktion verwendet werden, während die freilebenden Aspergillen für Verderb und die Bildung von hochgiftigen Aflatoxinen verantwortlich sind. Sie können auch den Menschen infizieren. Penicillium-Pilze helfen einerseits bei der Reifung von Käse und Wurst, andererseits sind sie als Produzenten von Penicillin (einem sehr wichtigen Antibiotikum) unentbehrlich.

Viele Schlauchpilze sind Schadpilze und lösen mit ihrer parasitären Lebensweise Pflanzenkrankheiten aus (Echter Mehltau des Getreides, Graufäule bei Früchten). Der Mutterkornpilz bildet Mutterkorn auf Getreideähren, die Bestandteile (Mykotoxine) lösen im menschlichen und tierischen Körper Ergotismus aus. Dies führt zu Halluzinationen, Krämpfen und Absterben von Gliedmaßen. Mutterkorn ist sehr gefährlich – auch wenn aus dem Mutterkorn sogar Arzneimittel hergestellt werden. In der letzten Zeit hat Mutterkorn durch ungereinigtes Getreide (wie es z.B. in so genannter „Naturkost“ vorkommt) wieder mehr Bedeutung erlangt.

Schimmelpilze

Diese sind taxonomisch gesehen keine eigenständige Gruppe und sind nicht eng miteinander verwandt. Sie bilden weißliche oder gefärbte Überzüge auf Lebensmitteln und anderen Materialien und verursachen außerdem den Verderb von Lebensmitteln. Vor allem besiedeln sie feste und halbfeste Nahrungsquellen, in die die Hyphen wachsen. Die Vermehrung geschieht hier ungeschlechtlich. Viele Schimmelpilze produzieren Giftstoffe (Mykotoxine).

Hyphenpilze und Schimmelpilze leben aerob, haben also einen Atmungsstoffwechsel. Pilze, die Cellulose abbauen, müssen sogenannte Exoenzyme ausscheiden, um die widerstandsfähigen Cellulosemoleküle aufzubrechen. An Gebäuden verwerten Schimmelpilze neben Wasser an Decken und Wänden in Wohnungen auch organische Substanzen aus der Tapete oder dem Putz, Steine oder Glas befallende Schimmelpilze bilden organische Verbindungen im Staub aus der Luft.

Ständerpilze

Die am höchsten entwickelte Pilzgruppe stellen die Ständerpilze dar, Hutpilze gehören zum Beispiel dazu. Brand- und Rostpilze befallen oft Wild- und Kulturpflanzen und werden mit Fungiziden bekämpft. Problematisch ist, dass die Pilze gegen viele Fungizide mittlerweile Resistenzen gebildet haben. In den Ständerpilzen finden sich auch viele Speisepilze, wie der Champignon oder der Steinpilz.

Hefen

Hefen sind einzellig und vermehren sich asexuell durch Sprossung. Sie können sich aber auch sexuell vermehren. Es gibt sowohl natürlich vorkommende Hefen („wilde Hefen“) also auch Kulturhefen, die zur Lebensmittelherstellung verwendet werden. Das wichtigste Beispiel ist Saccharomyces cerevisiae, die Bäckerhefe. Auch beim Bierbrauen werden Hefepilze eingesetzt. Personen oder Tiere mit geschwächtem Immunsystem können an Mykosen (=Pilzinfektionen) erkranken. Ein bekanntes Beispiel ist die Candidose (Candida albicans), der zu einem weißen Belag im Mund- und Rachenraum führt (Mundsoor). Mykosen werden mit Antimykotika behandelt.

Die meisten Hefen sind fakultativ anaerob, ihr Stoffwechsel wird von der Anwesenheit von Sauerstoff bestimmt. Steht Sauerstoff zur Verfügung, kann durch Atmung Zellenergie gewonnen werden, dafür wird Glucose in Brenztraubensäure umgewandelt, die in den Mitochondrien oxidiert wird zu Kohlendioxid. Ist kein Sauerstoff vorhanden, bedienen sich Hefen der alkoholischen Gärung und wandeln mit Gärungsenzymen fast die ganze Brenztraubensäure in Alkohol um, auch dabei entsteht viel CO_2. Im Vergleich zu den atmenden Hefen vermehren sich gärende Hefezellen kaum bis gar nicht. Für Wachstum brauchen sie mehr Nährstoffe. In Abwesenheit von Sauerstoff wird Glucose stärker verstoffwechselt (Pasteur-Effekt).

Hefen sind immer bei zuckerreichen Früchten und Säften zu finden, da sie gut in Flüssigkeiten leben können, im Vergleich dazu leben Hyphenpilze v. a. in feuchten, aber festen Substraten, in die sie mit den Hyphen eindringen können.

Hefen vermehren sich meist durch Sprossung oder Knospung: ein kleiner Auswuchs (Spross) bildet und vergrößert sich, trennt sich bei Erreichen einer gewissen Größe von der Hefe und wächst eigenständig als Tochterzelle weiter. Der Zellkern teilt sich, wodurch DNA ebenfalls im Spross enthalten ist. Zurückbleibt eine Narbe, hat eine Hefezelle zu viele Narben, stirbt sie ab. Geschieht die Teilung genau in Zellmitte, spricht man von Spalthefen. Manche Hefen bilden Pseudohyphen aus, sie sehen aus wie Hyphen, sind aber streng genommen keine.

Über 99% aller Pilzarten sind Hyphenpilze. Ihre Hyphen wachsen als Substratmyzel weit in Boden oder befallene Lebensmittel ein. Ein kleiner Teil (Luftmyzel) bleibt über dem Nährboden. Durch Verschmelzen der Hyphen verwandelt sich das Myzel in ein verflochtenes Netz. Diese Pilze pflanzen sich vor allem über die Sporenbildung fort. Sporenbildung kann es dem Pilz ermöglichen, in neue Lebensräume zu gelangen, wenn die Nahrungsquellen am aktuellen Ort aufgebraucht sind.

Pilzsporen sind widerstandsfähige Dauerformen oder Ruhestadien, sie können sogar Jahrzehnte überleben, sind allerdings nicht so hitzeresistent wie die Bakteriensporen. Die Sporenbildung kann dabei asexuell oder sexuell erfolgen, sichtbarer Schimmel ist das Resultat der asexuellen Sporenbildung. Verbreitet werden die Sporen über den Wind oder durch Tiere und Menschen.

Protozoen

Auch Protozoen sind Einzeller, gehören aber zu den „höheren Organismen“ . Der Begriff „Protozoen“ ist veraltet, wird aber in der Medizin nach wie vor verwendet. Der Begriff umfasst eine sehr unterschiedliche Gruppe an einzelligen, eukaryotischen Organismen. Sie haben keine Zellwand, sondern eine Zellhülle aus Lipiden und Proteinen, was ihnen eine Fortbewegung ermöglicht. Viele Protozoen leben parasitär auf Mensch und Tier, manche leben frei, also unabhängig von Wirtsorganismen. Auch bei Protozoen ist es durch Zystenbildung möglich, ungünstige Zeiten zu Überdauern. Als Nahrung dienen ihnen in Wasser gelöste Substanzen oder auch Bakterien.

Eingeteilt werden sie nach der Art der Fortbewegung in Amöben, Flagellaten, Ciliaten und Sporozoen.

• Amöben: Amöben bilden sogenannte Scheinfüßchen (Pseudopodien), die sie auch für die Ernährung verwenden. Sie sind häufig im Boden zu finden.

• Flagellaten: Flagellaten sind mit einer oder mehreren Geißeln ausgestattet, werden daher auch Geißeltierchen genannt. Sie dienen vielen Meerestieren als Nahrungsquelle.

• Ciliaten: Ciliaten (Wimperntierchen) sind häufig am ganzen Körper mit kleinen Geißeln bedeckt, sie können sich damit schnell fortbewegen und Nahrung aufnehmen. Ein Beispiel ist das Pantoffeltierchen.

• Sporozoen: Sporozoen (auch Apikomplexa) sind Parasiten. Sie bilden Sporozoiten für die Übertragung auf einen neuen Wirt. Ein Beispiel sind Toxoplasmae (Toxoplasmose-Erreger). Diese können Menschen und Tiere infizieren und bilden in den tierischen Zellen Dauerstadien, Zysten, die Fortpflanzungszellen enthalten. Die Übertragung geschieht durch den Verzehr von oder unvorsichtigen Umgang mit ungegartem Fleisch. Oozysten sind die Dauerstadien der Sporozoen. Im Fall von Toxoplasmen findet man diese Dauerstadien in Katzen.

Protozoen sind die Erreger von Infektionskrankheiten, die weltweit am meisten Todesfälle auslösen: Toxoplasmose, Malaria oder Leishmaniose sind Beispiele.

Viren

Viren können sich nicht selbstständig vermehren, verfügen über keinen eigenen Stoffwechsel und sind nicht aus Zellen aufgebaut. Daher werden Viren nicht als Lebewesen gesehen.

Sie sind Parasiten, die Lebewesen zur Bildung neuer Virenpartikel nutzen. Sie benötigen dafür unbedingt lebende Zellen sowie wirtseigene Enzyme. Übertragen werden können sie z. B. durch Lebensmittel oder Wasser. Sie sind meist sehr wirtsspezifisch. Viren sind ungefähr 10 Mal kleiner als Bakterien und können nur mit dem Elektronenmikroskop gesehen werden. Ihr genetisches Material besteht, je nach Virus, aus DNA, oder RNA. Dieses genetische Material liegt, je nach Virus, entweder einzelsträngig, oder doppelsträngig vor. Ein wichtiges Merkmal zur Unterteilung der Viren ist das Vorliegen einer s.g. Hülle:

• Unbehüllte Viren sind von einer Proteinkapsel umgeben (Capsid).

• Behüllte Viren verfügen über eine Membran, die von der Zellmembran des infizierten Wirtes stammt.

Eingeteilt werden Viren entsprechend ihres Aussehens. Es gibt stäbchenförmige Viren, umhüllte stäbchenförmige Viren (z. B. Influenza-Virus), kubische Viren (z. B. Polio-, Hepatitis-A-, Rota- und Noro-Viren), unbehüllte kubische Viren (z. B. HIV) und zusammengesetzte Viren, die kubische und stäbchenförmige Strukturmerkmale. Dies findet man oft bei Bakteriophagen, sprich Viren, die auf Bakterien spezialisiert sind. Unbehüllte Viren sind viel resistenter als behüllte. Die meisten Viren sind allerdings hitzeempfindlich und werden bei 70 °C innerhalb weniger Minuten inaktiv. Sie können sich nicht aktiv bewegen, gelangen also zufällig an zu infizierende Zellen.

Vermehrung

Die Vermehrung geschieht in mehreren Schritten. Zuerst heften sie sich an die Zelloberfläche (Adsorption), in dieser Adsorption liegt die hohe Wirtsspezifität vieler Viren begründet. Danach dringt das Virus ein, indem es in das Zytoplasma der Zelle gelangt (Ausnahme: Bakteriophagen). Als Folge setzt das Virus die DNA bzw. RNA zur Gänze frei, woraufhin die infizierte Zelle Virusbestandteile synthetisiert. Im nächsten Schritt werden die Viruspartikel im Zytosol zusammengesetzt. Am Schluss verlassen die neuen Viren die Zelle, was diese zerstört. Behüllte Viren erhalten hier die Membranumhüllung. Die Zellmembran enthält dann die Virusproteine, die für die Adsorption an neue Zellen benötigt wird.

Die Vermehrung läuft in Stadien ab. In der Latenzphase reifen die Viren in der Zelle, die Zahl der intrazellulären Viren steigt. In der folgenden Anstiegsphase steigt die Anzahl der intrazellulären Viren weiter, aber es werden auch die Viren aus der Zelle freigesetzt. Die Latenzphase beschreibt die Zeit nach einer Virusinfektion, in der keine infektiösen Viren in den Körper freigesetzt werden. In diesem Stadium kann man die virale Infektion auch nicht nachweisen. Die Anzahl freigesetzter Viren pro Zellen wird Wurfgröße genannt.

Bei alternativen Virusinfektionen werden nach der Infektion keine neuen Virenpartikel gebildet, sondern das eigene genetische Material vermehrt. Erst zu einem späteren Zeitpunkt werden die Partikel freigesetzt. So bleibt die Infektion oft lange unbemerkt, weil sie erst später ausbricht.

Diagnose und Behandlung

Diagnostiziert werden sie mittels serologischen Nachweisverfahren, wobei Antikörper im Patientenblut festgestellt werden. Die Therapie ist oft schwierig und kann nicht wie bei Bakterien mit Antibiotika erfolgen. Die Viren vermehren sich in der Wirtszelle, die man mit der Behandlung auch nicht schädigen möchte. Es gibt außerdem sehr wenige Hemmstoffe gegen Viren. Eine mögliche Behandlung sind s.g. Interferone. Oft erfolgt die Therapie symptomatisch. Mehr Bedeutung kommt der Prophylaxe, vor allem Impfungen, zu.

In den Körper werden meist abgetötete oder abgeschwächte Krankheitserreger injiziert, damit das Immunsystem Antikörper bildet, ohne tatsächlich infiziert worden zu sein (spezifische Abwehr). Wird der Körper tatsächlich mit einer Infektion konfrontiert, können die Viren mithilfe der gebildeten Antikörper ausgeschaltet werden.

Prionen

Ein Prion ist ein Partikel aus Protein, welches falsch gefaltet ist, und daher nicht vom Körper abgebaut werden kann. Sie beinhalten weder DNA, noch RNA. Diese falsch gefalteten Proteine können sich in unterschiedlichen Organen ablagern, und führen somit zu einer Beeinträchtigung der Organfunktion. Die Proteine können entweder im Körper entstehen (erblich bedingt, bzw. oftmals ist die Ursache nicht bekannt), oder werden von außen zugeführt. Die Gruppe der Prionenerkrankungen ist sehr groß, und ruft sehr unterschiedliche Krankheitsbilder hervor.

Ein Beispiel einer Prionenerkrankung ist die s.g. BSE („Rinderwahn“). BSE ist eine Krankheit, die in den 80er Jahren in Großbritannien mehreren Tausend Rindern das Leben kostete. BSE ist ein Beispiel einer Prionenerkrankung, bei der die Partikel von außen (z.B. durch das Verfüttern von Tier- /Knochenmehl) zugeführt wird. BSE ist eine TSE (Transmissible spongiforme Encephalopathy), übersetzt bedeutet dies „übertragbare schwammartige Gehirnerkrankung“ . In den betroffenen Gehirnen laufen degenerativen Prozessen ab, Protein-Ablagerungen (s.g. Amyloidablagerungen) im Gehirn sind zu beobachten.

Weitere bekannte TSE sind die Creutzfeld-Jakob Krankheit (Mensch) und Scrapie (Schaf, Ziege). Creutzfeld-Jakob beginnt mit Schlafstörungen und Verwirrtheit, es folgen Sehstörungen, Demenz sowie Störungen der Feinmotorik und Koordination. Betroffen sind meist ältere Menschen, da die Inkubationszeit (Zeit zwischen Ansteckung und Krankheitsausbruch) dieser Krankheiten meist mehrere Jahre (Jahrzehnte) andauert.