Mikroorganismus

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Mikroorganismen, manchmal umgangssprachlich auch „Mikroben“ genannt, sind mikroskopisch kleine Organismen mit eigenem Stoffwechsel (ausgenommen Viren), die als einzelne Individuen mit bloßem Auge in der Regel nicht zu erkennen sind. Ihre Größe unterscheidet sich stark.

Die meisten Mikroorganismen sind Einzeller.

Beispiele für Mikroorganismen sind Bakterien (Beispiel: zur Herstellung von Sauermilchprodukten verwendete Milchsäurebakterien), viele Pilze (Beispiel: für Gärungen und zum Backen verwendete Hefen), mikroskopische Algen (Beispiel: die zur Ergänzung der Nahrung verwendeten Chlorellen), und Protozoen (Beispiel: Pantoffeltierchen Paramaecium und die Malaria-Erreger Plasmodium). Je nach Definition des Begriffs Organismus können auch Viren zu den Mikroorganismen gerechnet oder ausgeschlossen werden.

[Bearbeiten] Gruppen der Mikroorganismen

[Bearbeiten] Bakterien

Die Bakterien (Bacteria) (altgriechisch βακτηρἱα bakteria – Stab) bilden neben den Eukaryoten und Archaeen eine der drei grundlegenden Domänen, in die heute alle Lebewesen eingeteilt werden.

Individuen der Bakterienart Escherichia coli. Sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme. Der Abstand zwischen zweien der kurzen Striche rechts über der Schriftzeile beträgt 0,2 µm

Traditionell wird die Bezeichnung „Bakterien“ in der Mikrobiologie für alle mikroskopisch kleinen, meistens einzelligen Organismen gebraucht, die keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryoten gehören. Hierzu zählen auch die Archaeen, die aber einer separaten Domäne zugeordnet werden. Zur Abgrenzung von den Archaeen spricht man manchmal auch von Eigentlichen Bakterien oder Echten Bakterien. Früher wurden sie zur Unterscheidung von den dann Archaebacteria genannten Archaeen mit wissenschaftlichem Namen auch Eubacteria genannt. Dies war eine unglückliche Benennung, weil es auch eine Bakteriengattung Eubacterium gab.

Bakterien sind Prokaryoten, das bedeutet, ihre DNA ist nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryoten, sondern bei ihnen liegt die DNA wie bei allen Prokaryoten frei im Cytoplasma, und zwar zusammengedrängt auf engem Raum, auch Nucleoid (Kernäquivalent) genannt.

Bakterien wurden erstmalig von Antoni van Leeuwenhoek mit Hilfe eines selbstgebauten Mikroskops in Gewässern und im menschlichen Speichel beobachtet und 1676 von ihm in Berichten an die Royal Society of London beschrieben.

Über dreihundert Jahre nach der Beschreibung der ersten Bakterien und trotz unzähliger schon beschriebener und katalogisierter Arten ist nach heutigem Kenntnisstand anzunehmen, dass die große Mehrheit von 95 bis 99% aller auf unserem Planeten existierenden Bakterienarten noch nicht näher bekannt ist und beschrieben wurde (Stand: 2006). Daher ist es nicht verwunderlich, dass immer wieder neue und aufregende Entdeckungen gemacht werden. So wurde im Jahr 1999 das größte bislang bekannte Bakterium entdeckt: die so genannte Schwefelperle von Namibia, Thiomargarita namibiensis, ist mit einem Durchmesser von bis zu einem dreiviertel Millimeter ein bereits mit bloßem Auge sichtbares Bakterium.

[Bearbeiten] Archaea

Die Archaea bilden eine der dreizehn Domänen der Lebewesen. Sie wurden früher zu den Bakterien gezählt und als Archaebakterien bezeichnet, unterscheiden sich aber von ihnen in mehrfacher Hinsicht (z.B Stabilität von Membran- und Zellwandstrukturen, Komponenten der Transskriptions- und Translationssysteme).

Zu der Archaea gehören:

• Hyperthermophile Archaea mit einem Tempaeraturoptimum > 80°C weisen eine ausgeprägte Hitzestabilität auf. Sie können bei der Siedetemperatur des Wassers noch wachsen, jedoch nicht bei weniger als 60°C. Sie kommen beispielsweise in Hydrothermalquellen und in Heisswasserkaminen der Tiefsee vor.
• Methanogene Archaea sind streng anaerobe Organismen, die Methan bilden. Sie kommen z. B. in Sümpfen, in Rinderpansen, in Reisfeldern aber auch in den Faulbehältern von Abwasserreinigungsanlagen vor und sind durch ihre Methanbildung mitverantwortlich für den Treibhauseffekt.
• Extrem halophile Archaea leben in Umgebungen mit einer sehr hohen Salzkonzentration und sind an diese Bedingungen angepasst.

[Bearbeiten] Pilze

[Bearbeiten] Mikroalgen

[Bearbeiten] Protozoen

[Bearbeiten] Viren

Da Viren sich nicht eigenständig vermehren können, werden sie oft nicht als Lebewesen angesehen. Bei anderer Definition des Begriffs „Lebewesen“ werden sie jedoch zu den Mikroorganismen gezählt.

[Bearbeiten] Nützliche Mikroorganismen

Nahrungsmittelindustrie, Nährstoffkreisläufe (N₂-Fixierung, Abwasserreinigung), Produktion von Antibiotika, Produktion von technisch genutzten Stoffen

[Bearbeiten] Mikroorganismen als Krankheitserreger

[Bearbeiten] Fakten über Mikroorganismen

• Mikroorganismen traten auf der Erde erstmals vor etwa 3,8 Milliarden Jahren auf – zum Vergleich: Vielzeller entwickelten sich erst vor etwa 600 Millionen Jahren im Neoproterozoikum und der moderne Mensch erschien sogar erst vor etwa 130.000 Jahren.
• Mikroorganismen übertreffen alle anderen Spezies bei weitem an Zahl und stellen den größten Anteil an lebender Materie dar.
• Etwa 70 % der Biomasse unserer Erde besteht aus Mikroorganismen.
• Weniger als 0,5 % der geschätzten 2 bis 3 Milliarden Spezies der Mikroorganismen wurden bislang entdeckt und klassifiziert.
• Mikroorganismen treiben die für das Leben auf unserem Planeten wichtigen geochemischen Stoffumsetzungen an und beeinflussen das globale Klima.
• Die mikrobielle Verstoffwechselung kritischer chemischer Elemente wie Kohlenstoff oder Stickstoff trägt dazu bei, die Erde bewohnbar für alle anderen Lebewesen zu halten.
• Mikroorganismen erzeugen mindestens die Hälfte des elementaren Sauerstoffs (O₂) des Planeten.
• Mikroorganismen gedeihen in einer erstaunlichen Vielfalt sehr unterschiedlicher Habitate, sowohl in extremer Hitze, Kälte, Strahlung, Druck, Dunkelheit, als auch in salziger, saurer und alkalischer Umgebung. Oft leben sie dort, wo keine anderen Lebewesen existieren können, und beziehen ihre Nährstoffe ausschließlich aus anorganischem Material (Siehe hierzu auch: Extremophile).
• Die ungewöhnlichen Fähigkeiten von Mikroorganismen spiegeln sich in der Vielfalt der ökologischen Nischen wider, die sie besetzen können. Diese wiederum könnten sich als Quelle für noch unbekannte Gene und Organismen erweisen, die wertvoll sind für Biotechnologie (siehe hierzu zum Beispiel Polymerase), Energiegewinnung, biologischer Abbau von Abfall und Schadstoffen und vieles mehr. Wenn bei Havarien von Tankern auf dem Meer Erdöl oder Erdölprodukte austreten, „fressen“ spezielle Mikroben diese als „Teppich“ auf dem Meer schwimmenden Schadstoffe auf.
• Die Zusammensetzung der Biozönose hinsichtlich ihrer Arten (engl.: diversity pattern = „Vielfältigkeitsmuster“) in einem Biotop und ihre eventuellen Änderungen können zur Überwachung (engl.: monitoring) des Biotops beziehungsweise zur Vorhersage von Änderungen in einem Ökosystem genutzt werden.
• Mikroorganismen stellen die Wurzeln des Stammbaums des Lebens auf der Erde dar.
• Die Genome von Mikroorganismen sind von geringer Größe und daher relativ einfach zu erforschen: gewöhnlich bestehen sie aus nicht mehr als 10 Millionen DNA-Basen, im Vergleich zu den etwa 3 Milliarden Basen des Genoms von Menschen oder Mäusen.
• Mikrobielle Lebensgemeinschaften sind hervorragende Modelle für das Verständnis biologischer Wechselwirkungen in Ökosystemen und der Evolution.
• Auf und im menschlichen Körper existieren etwa 10 bis 100 mal mehr Mikroorganismen (vor allem Bakterien), als menschliche Zellen, aus denen ein Mensch besteht: Etwa 1 Billiarde (10¹⁵) Mikroorganismen gegenüber 10 - 100 Billionen (10¹³ - 10¹⁴) menschliche Zellen, das sind 0,5 bis 1 kg Mikroorganismen.
• In einem einzigen Gramm menschlichen Kots befinden sich etwa 100.000.000.000 Mikroorganismen, von denen normalerweise aber kein einziger einen gesunden Menschen krank macht.
• Gesunde Menschen haben alle nahezu den gleichen Besatz von Mikroorganismen in Darm, Mund und Nase sowie auf der Haut. Im Magen-Darm-Trakt bilden sie Vitamine (Biotin, Folsäure und Vitamin K), stärken das Immunsystem, verhindern die Ansiedlung und Ausbreitung von pathogenen Bakterien und Pilzen und entwickeln eine gesunde Darmflora.
• Auf einem Quadratzentimeter Haut haben – wenn man von Bakterien mit 1 µm Länge und 0.5 µm Breite ausgeht – theoretisch 200 Millionen Bakterien Platz. Tatsächlich leben aber etwa nur 100 bis 10.000 Bakterien pro cm² Hautfläche; die Haut ist also relativ keimarm .
• Nach neuen Untersuchungen (Stand: 2006) können in einem Liter Meerwasser mehr als 20.000 unterschiedliche Arten von Mikroorganismen leben, in den Ozeanen insgesamt sogar bis zu zehn Millionen Arten (Quelle: [1])
• Mikroorganismen, genauer die Milchsäurebakterien (Döderleinflora), sorgen für ein saures Milieu (pH 3,8 - 4,5) in der Vagina von Menschen und Säugetieren und verhindern so bakterielle Infektionen.
• Bald nach dem Tod werden Mensch und Tier von den eigenen Darmmikroorganismen zersetzt; die intakten Schleimhäute lebender Organismen schützen sie vor den zersetzenden Bakterien im Darm.
• Die meisten Mikroorganismen verursachen keine Krankheiten. Es gibt aber einige pathogene Mikroorganismen, sie verursachen z.B. Pest, Tuberkulose und Ebola. Allerdings sind die Mikroorganismen wichtige Helfer bei der Herstellung von Arzneimitteln wie z.B. Insulin und Antibiotika.
• Es gibt Bakterien, wie z. B. Escherichia coli, die sich unter optimalen Bedingungen alle 20 Minuten verdoppeln.
• Mikroorganismen werden zu Versuchszwecken in Labors eingesetzt, was Tierversuche zum Teil ersetzen kann.
• Mikroorganismen werden bei der Schädlingsbekämpfung als eine Alternative zu giftigen chemischen Mitteln eingesetzt.

[Bearbeiten] Siehe auch

Archaeen, Algen, Pilze, Bakterien, Protozoen, Protisten, Virus, Haushaltshygiene, Infektiologie, Infektion durch Protozoen, Infektionskrankheit, Krankheitserreger, Liste häufiger Infektionskrankheiten, Pilzinfektion Nanobakterien,

[Bearbeiten] Literatur

• Moselio Schaechter, John Ingraham, Frederick C. Neidhardt: Microbe: Das Original mit Übersetzungshilfen. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2006. ISBN 3-8274-1798-8.
• Michael T. Madigan, John M. Martinko: Brock – Biology of Microorganisms, 11. Auflage Prentice Hall, Upper Saddle River 2005, ISBN 0-13-196893-9.
• Georg Fuchs (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie. 8. Auflage. Thieme, Stuttgart 2006, ISBN 3-13-444608-1 (ISBN 9783134446081).

[Bearbeiten] Weblinks

• Der Mikroorganismus in der Zellbiologie / Bakterien Unterscheidung Virus – Graphiken
• The Microbiology Information Portal Englischsprachige Portalseite zu allen Aspekten des Themas „Mikroorganismen & Mikrobiologie“
• Mikrobiologischer Garten Exzellente Seite zu verschiedensten Aspekten von Mikroorganismen von Prof. Dr. Heribert Cypionka
• Microbial Genome Program Sehr informative englischsprachige Seite des U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science Mikroorganismen
• The University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database (engl.)