Bakterien
Organismen aus kernhaltigen Zellen heißen Eukaryonten, solche aus
kernlosen Zellen Prokaryonten. Bakterienzellen haben keinen abgegrenzten Zellkern;
ihm entspricht ein Ring aus Nukleinsäuren, der sich vor der Zellteilung verdoppelt.
Außerhalb der Plasmamembran liegt eine feste Zellwand, die es nur bei Bakterien und
Blaualgen gibt. Geschlechtliche Vorgänge fehlen. Die ungeschlechtliche Vermehrung
erfolgt durch Teilung, die Zelle schnürt sich durch. Dieser Vorgang erfolgt zirka alle 20
Minuten.
Lebensweise
Eine kleine Zelle
kann aus Zucker als Energiequelle und aus Salzen alle Zellbestandteile aufbauen, die
existieren; zusätzlich auch noch verschiedene Eiweißstoffe, Kohlenhydrate, Fette und
Vitamine. Manche Bakterien benötigen Sauerstoff zum Leben (aerob), andere keinen (anaerob).
Die Mehrzahl lebt heterotroph
(nicht selbständig). Sie ernähren sich auf verschiedene Weise:
Als Saprophyten
zerlegen sie die organischen Stoffe von abgestorbenen Tieren und Pflanzen. Sie verursachen
so Fäulnis (Zersetzung von Eiweißstoffen unter Luftabschluß ® NH3, H2S),
Verwesung (Zersetzung unter Sauerstoffverbrauch ® CO2) und Gärung
(Energiegewinn durch Spaltung energiereicher Stoffe).
Als Parasiten
sind sie vor allem Krankheitserreger (Typhus, Cholera, Diphtherie, Tuberkulose), indem sie
Gewebe zerstören und lebenswichtige Organe mit ihren Stoffwechselprodukten vergiften.
Als Symbionten
leben manche Bakterien im Darm von Pflanzenfressern und zerlegen dort die Zellulose.
Bestimmte Bakterien können Luftstickstoff aufnehmen (Knöllchenbakterien) ® Dünger,
Pflanzen gedeihen auf stickstoffarmen Böden;
Die autotrophen
Bakterien ernähren sich auf zwei verschiedene Weisen:
Durch Photosynthese
können sie mit Hilfe des "Bakterienchlorophylls" assimilieren. Dieser uralte
Typ der Photosynthese funktioniert nur unter anaeroben Bedingungen.
Bei der Chemosynthese
oxidieren bestimmte Bakterien anorganische Verbindungen und gewinnen so Energie. Die
Chemosynthese gilt als ursprüngliche Art des autotrophen Lebens.
Bedeutung
Ohne Bakterien
hätte sich das Leben auf der Erde nicht erhalten können, da sie durch die Zersetzung der
Leichen Platz für neues Leben schaffen.
Für den Menschen werden sie einerseits als
Krankheitserreger gefürchtet, andererseits dienen sie zur Erzeugung von Essig, Käse und
saurem Gemüse und zur Herstellung von Heilmitteln (Antibiotika, Vitamine, Hormone), die
auf chemischem Wege nicht herstellbar wären.
1860 wies Louis
Pasteur nach, daß Bakterien nicht von selbst entstehen und auch die Ursache von
Fäulnis und Gärungsvorgängen sind. Robert Koch bewies 1876 die
krankheitserregende Wirkung der Bakterien. Er züchtete sie in Reinkulturen und
entwickelte das "Tuberkulin" zur Behandlung und zum Nachweis der Tuberkulose. Emil
von Behring erforschte die in einem erkrankten Körper gebildeten Antikörper; er gilt
als Entdecker des "Heilserums". Sir Alexander Fleming fand heraus, daß
Pilze Stoffe (Antibiotika) bilden, die Bakterien abtöten oder zumindest in ihrer
Entwicklung hemmen.
Aus Pinselschimmel gelang es ihm 1928, das erste Antibiotikum, Penicillin,
herzustellen, das die Bekämpfung und Heilung fast aller Infektionen ermöglichte.
Ein Antibiotikum
wirkt aber immer nur auf eine bestimmte Bakteriengruppe, deshalb werden derzeit aus
verschiedenen Schimmel- und Strahlenpilzen Antibiotika industriell gewonnen. Leider werden
Bakterien gegen bestimmte Antibiotika resistent; um das zu verhindern dürfen sie nur bei
schweren Fällen verabreicht werden.
Bakterien können
durch Schutzimpfungen bekämpft werden: Wenn der Impfstoff in den Körper gelangt, bilden
sich schon Antikörper, die im Falle einer Infektion sofort reagieren (® aktive
Immunisierung). Ist die Krankheit bereits ausgebrochen, werden fertige Antikörper
zugeführt, die in tierischen Organismen (Pferd, Rind) gebildet wurden (® passive
Immunisierung).
Allgemein bekämpft man Bakterien, indem man sie abtötet oder
in ihrer Entwicklung hemmt.
Abtöten, keimfrei machen oder sterilisieren kann
man durch Ausglühen, Auskochen, mit Desinfektions- und Konservierungsmittel.
Pasteurisiert wird durch mehrmaliges Erhitzen auf 60°C und Abkühlen auf 10°C.
Ungünstige Lebensbedingungen für Bakterien schafft man durch niedere Temperaturen
(Kühlschrank), Räuchern, Einsalzen und Einlegen in Essig oder einer Zuckerlösung.
Bio- und Gentechnologie
Unter Biotechnologie
versteht man die Nutzung der Fähigkeiten und Eigenschaften lebender Zellen oder deren
Bestandteile für praktische Anwendungen. Ihre Werkzeuge sind Bakterien und Pilze, weil:
günstiges Verhältnis Oberfläche : Volumen ® rasche Nahrungsaufnahme ® schnelles
Wachstum und hohe Stoffwechsel- und Biosyntheseleistungen
Fähigkeit der Einzelzelle zu einer Vielfalt von Reaktionen und Produkten
enorme Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umwelten und Nahrungen
einfache Manipulierbarkeit ihrer DNA
Die Gentechnologie
befaßt sich mit der gezielten Veränderung des Erbmaterials. 1970 ® Entdeckung der
Restriktionsenzyme in Bakterien, die die DNA teilen können.
1972 ® Ligasen verbinden sie
wieder, auch von verschiedenen Organismen. 1973 ® Rekombinierte DNA-Stücke werden im
Labor biologisch aktiv. Diese können in Zellen lebender Organismen eingesetzt werden mit
Vektoren (Plasmide, Viren, direkter Gentransfer).
Schema: DNA aufgeschnitten, gewünschtes Gen wird isoliert und geklont. Das
neue genetische Material wird in einen geeigneten Vektor eingebaut, dieser eingeschleust.
Die Zelle mit den neuen Eigenschaften wird vermehrt, dann kommen sie in einen
Fermenter mit Nährlösung.
Nun kann das gewünschte Protein herausgefiltert werden
(z.B.: Humaninsulin).
Anwendungsmöglichkeiten
Nahrungsmittel
Lebensmittel-, Backwarenzusätze, Getränke, Aminosäuren, Vitamine,
Gemüsekonservierung, modifizierte Eiweißverbindungen, Stärkeprodukte.
Umwelt
Züchtung von Bakterien, die Umweltgifte abbauen und nach dem Abbau selbst
eingehen ® Abwasserreinigung, Beseitigung von Abfall und Öl.
Landwirtschaft
Hitze- und schädlingsresistente Pflanzen, Spezialzüchtungen auf dem Tiersektor
(viel Fleisch - wenig Fett).
Auch Viehfutterzusätze, Silierung, Kompostierung,
Pflanzenwuchsstoffe.
Medizin
Bald is die vollständige Genkarte vorhanden (ca. 100.000 Gene). Bis jetzt
schon zahlreiche Krebsgene gefunden.
Pharmazie
Seit 1982 kann Humaninsulin technisch hergestellt werden, auch Somatotropin
(Wachstumshormon).
Auch Impfstoffe, Vitamine, Steroide. Hormone gegen Knochenschwund,
Bluterkrankheit, Schnu-pfen und Herpes sollen entwickelt werden.
Zukunftsziele
Pflanzen, die
atmosphärischen Stickstoff binden können, Bildung von Aminosäuren in den
Speicherproteinen der Pflanze, Erhöhung der Assimilationsleistung, Bildung von
Insektentötenden Giften in der Pflanze
Viele sehen in der
Schöpfung neuer Lebensformen einen nicht gerechtfertigten Eingriff in die natürliche
Evolution. Sie sind auch dagegen, weil man die Folgen einer Genmanipulation nicht kennt,
und die Überwachung veränderter Mikroben wegen ihrer enormen Vermehrung und Verbreitung
unmöglich ist. Mikrokosmen (z.B.
Treibhäuser) lehnen die Forscher ab, da sie die
Möglichkeiten der natürlichen Biosphäre nie ersetzen können.
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