Bakterien

Systematik

Klassifikation:	Lebewesen
Domäne:	Bakterien (Bacteria)

Abteilungen (Auswahl)

Die Bakterien (Bacteria) bilden eine der drei grundlegenden Domänen, in die heute alle Lebewesen eingeteilt werden. Traditionell wird der Begriff in der Mikrobiologie für alle mikroskopisch kleinen, meistens einzelligen Organismen gebraucht, die keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryonten gehören. Bei Bakterien ist die DNA nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryonten, sondern bei ihnen liegt die DNA frei im Cytoplasma. Heute dagegen werden die Archaebakterien (Archaea) einer separaten Domäne zugeordnet. Zur Unterscheidung von dieser Gruppe spricht man auch manchmal von Eigentlichen Bakterien oder Echten Bakterien. Früher wurden sie zur Unterscheidung von den dann Archaebacteria genannten Archaebakterien mit wissenschaftlichem Namen auch Eubacteria genannt.

Bakterien wurden erstmalig 1676 von Antoni van Leeuwenhoek mithilfe eines selbstgebauten Mikroskops in Gewässern und dem menschlichen Speichel beobachtet und beschrieben.

Das größte bislang (1999) entdeckte Bakterium - Thiomargarita namibiensis, die Schwefelperle von Namibia, ein Schwefelbakterium - ist bereits mit bloßem Auge sichtbar und gilt somit als Blauwal unter den Bakterien.

Aufbau der Bakterien

Bau eines Bakteriums am Beispiel von Escherichia coli

Bakterien besitzen zumeist eine Zellwand, Cytoplasma und Ribosomen. Die DNA liegt als in sich geschlossenes Molekül, als so genanntes Bakterienchromosom, frei im Plasma vor. Weitere DNA existiert häufig in Form von ebenfalls in sich geschlossenen Molekülen Plasmiden, die unabhängig vom Bakterienchromosom vervielfältigt und bei der Fortpflanzung weitergegeben werden oder von einem Individuum auf ein anderes übertragen werden können. Das komplette Genom des Darmbakteriums Escherichia coli besteht aus 4,7 Millionen Basenpaaren, die vollständig sequenziert wurden. Es ist etwa 1 mm lang, aber nur 2 nm breit und enthält rund 1700 Gene. Trotz seiner Länge von mehr als dem Tausendfachen des Zelldurchmessers ist es auf einen Bereich von etwa der Hälfte des Zelldurchmessers (vermutlich hochgeordnet) zusammengeknäult. Neben dem Genom von E. coli sind etliche weitere Bakteriengenome vollständig bekannt (siehe Sequenzierte Organismen).

Lebensweise der Bakterien

Lebensweise und Stoffwechsel der Bakterien können sehr unterschiedlich sein. So gibt es Bakterien, die Sauerstoff benötigen (aerobe Bakterien oder Aerobier), Bakterien, für die Sauerstoff Gift ist (obligat anaerobe Bakterien oder obligate Anaerobier), und Bakterien, die sowohl Sauerstoff als auch Sauerstoffmangel aushalten (fakultative Anaerobier). Einige Bakterien sind zur Photosynthese fähig, also phototroph, zum Beispiel die früher auch Blaualgen genannten Cyanobakterien, die meisten sind dagegen chemotroph. Von den Chemotrophen sind die meisten heterotroph, einige jedoch chemoautotroph, und zwar lithoautotroph. Manche Bakterien bilden Dauerstadien (Sporen), die extreme Umweltbedingungen aushalten. Bakterien, die sich extremen Umweltbedingungen angepasst haben, nennt man Extremophile.

Die Vermehrung der Bakterien erfolgt meistens asexuell durch Zellteilung, bei einigen durch Knospung. Bakterien können auch Sex haben (Konjugation) und so ihr Erbgut austauschen. Dazu produzieren sie so genannte Sexualpili (Proteinröhren), durch die DNA von einer Zelle zur anderen übertragen werden kann. Die DNA-Übertragung kann allerdings auch ohne diese Pili erfolgen, wenn sich zwei Bakterienzellen eng aneinander legen.

Endosymbiontentheorie

Man nimmt heute an, das die Organellen, die in den Zellen vieler Eukaryonten vorkommen, ursprünglich eigenständige Bakterien waren (Endosymbiontenhypothese); dies betrifft die Chloroplasten und die Mitochondrien. Diese Organelle zeichnen sich durch eine doppelte Hüllmembran aus.

Ökologische Bedeutung der Bakterien

Unverzichtbar für bedeutende geochemische Stoffkreisläufe sind viele Bodenbakterien, die als Destruenten wirken bzw. Nährsalze für die Pflanzen verfügbar machen.

Eine große Gruppe von Bakterien bilden die so genannten Cyanobakterien, die früher etwas irreführend auch als Blaualgen bezeichnet wurden. Da sie Prokaryonten sind, gehören sie nicht zu den Algen. Sie betreiben Photosynthese und sind entsprechend unabhängig von organischer Nahrung, brauchen jedoch Licht zur Energieversorgung. Gemeinsam mit den Grünalgen (Chlorophyta) und anderen Algengruppen bilden sie das Phytoplankton der Meere und Süßgewässer und so die Nahrungsgrundlage vieler Ökosysteme.

Spezielle Bakterien kommen als Symbionten im Darm oder in anderen Organen vieler Lebewesen vor und helfen bei der Verdauung und weiteren physiologichen Vorgängen. Escherichia coli und Enterococcen sind die bekanntesten Vertreter dieser Gruppe. Aber auch anaerobe Bifidobakterien gehören dazu.

Unter die Bakterien fallen auch viele Krankheitserreger.

Die Fähigkeit einer großen Anzahl von Bakterien für den Menschen wichtige Substanzen wie Antibiotika, Enzyme etc. zu produzieren, wird in der Biotechnologie genutzt. Neben klassischen Verfahren in der Nahrungsmittelproduktion gehört auch die Nutzung ihrer Fähigkeiten zur Beseitigung problematischer Abfälle sowie zur Produktion von Medikamenten hierher. Häufig werden zu diesem Zweck nützliche Teile des Genoms bestimmter Bakterien in das Genom einfach zu haltender und weitgehend ungefährlicher Bakterien wie Escherischia coli eingepflanzt (Gentechnik).

Klassifikation der Bakterien

Eine phylogenetische Klassifikation anhand morphologischer Merkmale ist bei den Bakterien in der Regel nicht möglich, sie muss aus der Kenntnis der Genetik und Molekularbiologie dieser Organismen heraus erfolgen. Aus praktischen Gründen werden Bakterien dennoch nach ihrer Form und ihrer Organisation unterteilt. Dabei werden kugelige Bakterien als Kokken, längliche, zylindrische Bakterien als Stäbchen und spiralige Formen als Spirillen bezeichnet. Diese Grundformen können einzeln auftreten oder sich zu typischen Formen zusammnfinden (Haufenkokken, Kettenkokken, Doppelkokken). Desweiteren bilden vor allem Stäbchenbakterien häufig eine oder mehrereGeißeln, so genannte Flagellen, aus, mit deren Hilfe sie sich fortbewegen können. Anzahl und Anordnung der Geißeln sind Unterscheidungsmerkmale. Einige Bakterien bilden Schleimhüllen, "Kapseln", aus. Weiterhin wichtig für die Klassifikation ist die Lebensweise, besonders der Stoffwechseltyp, sowie die Möglichkeit, die Bakterien auf bestimmte Weise zu färben. Die sogenannte Gramfärbung (eingeführt vom dänischen Bakteriologen Gram) läßt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Struktur der Zellwand zu; die so genannten grampositiven Bakterien sind wahrscheinlich sogar eine phylogenisch anerkannte Gruppe.

Taxonomie

In der folgenden Übersicht werden die medizinisch relevanten Bakterien und ihre taxonomische Zuordnung dargestellt:

Weblinks

Liste aller Bakteriennamen, bei der "Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH"