Bakteriologie

Wissenschaft, die sich mit Bakterien beschäftigt
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Die Bakteriologie oder Bakterienkunde (von altgriechisch βακτἠριον bakterion, deutsch ‚Stäbchen‘,[1] und λόγος logos ‚Kunde‘, -logie ‚Lehre‘) ist die Wissenschaft, deren Gegenstand der Bau, die Lebensweise, das System und die Identifizierung von Bakterien ist. Bakterien sind mikroskopisch kleine Lebewesen, die eine Zellstruktur besitzen und die zum Leben erforderliche Energie durch einen eigenen Stoffwechsel gewinnen.

Die Bakteriologie ist ein Teilgebiet der Mikrobiologie. Unter vielem anderen befasst sie sich auch mit pathogenen Bakterien und liefert wichtige Ergebnisse für die Medizin und damit zur Krankheitsbekämpfung.

GeschichteBearbeiten

Der Niederländer Antoni van Leeuwenhoek beschrieb schon 1677 die von ihm seit 1676 mit einem von ihm selbst konstruierten einlinsigen Mikroskop beobachteten einzelligen Mikroorganismen, die er Animalcules (wörtlich „Tierchen“) nannte. Christian Gottfried Ehrenberg führte 1828 den Begriff Bacterium ein[2] als eine Gattung nicht sporenbildender stäbchenförmiger Einzeller,[3] im Gegensatz zu Bacillus, ihren den sporenbildenden stäbchenförmigen Antagonisten.[4]

Wichtige spätere Entdeckungen stammen von Lazzaro Spallanzani, Louis Pasteur, Ferdinand Cohn, Martinus Willem Beijerinck, Sergej Winogradsky und Albert J. Kluyver. Pioniere der medizinischen Bakteriologie waren Joseph Lister, Louis Pasteur, Paul Ehrlich und Robert Koch. Sie schufen die Grundlage für eine erfolgreiche Seuchenbekämpfung mit Antibiotika. Wichtige Eckpunkte sind dabei die Entdeckung Impfstoffen gegen Bakterien und Viren sowie des Penicillins durch Alexander Fleming 1928/1929.

Ein wichtiger Schritt in der Bakteriologie war die Entdeckung (1917, Félix Hubert d’Hérelle)[5] und Erforschung (ab den 1960er Jahren, Max Delbrück et al.) von Bakterienviren (Bakteriophagen). Während lytische Phagen ihren Bakterienwirt zerstören (siehe Phagentherapie), können lysogene Phagen Resistenzgen oder Toxin-gene übertragen und das Bakterium schwer bekämpfbar oder überhaupt erst zum Krankheitserreger machen, beispielsweise beim Scharlach. Als temperente Phagen können sie schließlich vom Bakterium auf dessen Nachkommen vererbt werden.

Ein weiterer bedeutender Fortschritt in der Erforschung der Bakterien war die Entdeckung, dass Archaeen neben den Bakterien eine eigene evolutionäre Abstammungslinie haben (Carl Woese, 1977).[6] Diese neue phylogenetische Taxonomie beruhte auf der Sequenzierung der 16S-rRNA und teilte die Prokaryoten in zwei evolutionäre Domänen ein, so dass sich zusammen mit den komplex-zellulären Organismen (Eukaryoten: Protisten, Pflanzen, Pilze und Tiere inkl. dem Menschen) das heute weitestgehend akzeptierte Drei-Domänen-System ergab.

Ebenfalls in den 1970er Jahren setzte sich die Endosymbiontentheorie durch als eine bedeutende Erkenntnis über die Rolle der Bakterien in der Evolution der „höheren Lebewesen“ (Eukaryoten):[7][8] In die Zelle aufgenommene Alphaproteobakterien wurden einst als Endosymbionten zu Vorläufern der Mitochondrien und machten als zelluläre „Kraftwerke“ gärende Vorläufer (wie heute vermutet aus dem Umfeld der Asgard-Archaeen) zu Sauerstoff atmenden Lebewesen. Cyanobakterien (früher als Blaualgen bezeichnet) machten etwas später in einem weiteren Endosymbioseschritt clorophyllfreie Vorläufer („Protozoen“) zu Grünalgen, indem sie zu Vorläufern der Chloroplasten wurden. Fast alle dieser Organellen besitzen noch ihre eigene DNA und Ribosomen, die denen der Bakterien ähnlich sind. Diese Erkenntnisse haben das frühere Verständnis der Bakterien vorwiegend als Krankheitserreger entscheidend verändert: Wir tragen in jeder unsrer Körperzellen die Nachfahren dieser Bakterien und könnten ohne diese nicht atmen (siehe Zellatmung).

Während man schätzt, dass etwa bei Säugetieren die meisten Spezies bekannt sind[9] und damit nur ein kleiner Teil der Gattungen noch fehlt, ist die Lage in der Mikrobiologie völlig anders. Nicht nur, dass man mit dem bloßen Auge fast keine Bakterien oder Archaeen wahrnehmen kann, viele entziehen sich durch langsames Wachstum und unbekannten Stoffwechsel (Extremophile) hartnäckig der Kultivierung. Es wird geschätzt, dass sogar eine größere Zahl an Bakterienphyla noch fehlt.[10][11] Die Erforschung dieser „mikrobiellen Dunklen Materie“ (englisch microbial dark matter),[12] ist aber erforderlich, um die vollständige Biodiversität abzuschätzen. Für die rechnergestützte Modellierung ist die Erforschung des unteren Endes der Nahrungskette unerlässlich. Durch die Zunahme der Rechnerleistung werden verschiedene neue Ansätze möglich (englisch multi-omics approach: metagenome, metatranscriptome, single-amplified genome sequencing[13]) um dieses Defizit auszugleichen. Zu diesen gehört unter anderem die seit einiger Zeit immer mehr in den Vordergrund gerückte Metagenomik.[14][15] Auf diese Weise lassen sich heute beispielsweise mikrobielle Gemeinschaften aus Bakterien und Archaeen selbst in extremen Umgebungen wie Axel Heiberg Island (Axel Heiberg Island, Nunavut, Kanada), der weltweit kältesten und salzigsten Quelle (Stand Juli 2022) erkunden, wo herkömmliche Methoden versagen.[13]

LiteraturBearbeiten

  • Karl Bernhard Lehmann, Rudolf O. Neumann: Atlas und Grundriß der Bakteriologie und Lehrbuch der speziellen bakteriologischen Diagnostik. Lehmann, München 1899.
  • Philipp Sarasin, Silvia Berger, Marianne Hänseler, Myriam Spoerri (Hrsg.): Bakteriologie und Moderne. Studien zur Biopolitik des Unsichtbaren 1870–1920. Suhrkamp, Frankfurt am Main 2007, ISBN 3-518-29407-5.
  • Carl Günther: Einführung in das Studium der Bakteriologie. BiblioBazaar, 2009, ISBN 978-1-113-69787-5.
  • Silvia Berger: Bakterien in Krieg und Frieden: Eine Geschichte der medizinischen Bakteriologie in Deutschland, 1890–1933. Wallstein, Göttingen 2009, ISBN 978-3-8353-0556-4.
  • Kenneth Todar: Todar’s Online Textbook of Bacteriology. University of Wisconsin (englisch) Online-Lehrbuch; abgerufen am 4. November 2010
  • Paul de Kruif: Microbe Hunters. Harcourt Brace & Company, New York 1926.
    • deutsch: Microben-Jäger. Übersetzt und eingeleitet von Siegmund Feilbogen. Orell Füssli, Zürich 1927. 8. Auflage, mit dem Titel Mikrobenjäger, ebenda 1940 und öfter. Überarbeitete Neuausgabe (ebenfalls als Mikrobenjäger): Ullstein, Frankfurt am Main / Berlin / Wien 1980, ISBN 3-550-06084-X.
  • Paul de Kruif: The Fight for Life. 1938.
    • deutsch: Männer, die den Tod besiegen. Übersetzt von Karl Eugen Brunner. Orell Füssli Verlag, Zürich / Leipzig 1938.
  • Paul Singleton: Einführung in die Bakteriologie, Quelle & Meyer Verlag, Wiesbaden 1995, ISBN 3-8252-1817-1.

WeblinksBearbeiten

Wiktionary: Bakteriologie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. GEMOLL: Griechisch-deutsches Schul- und Handwörterbuch.
  2. Christian G. Ehrenberg: Symbolae Physioe. Animalia evertebrata.. Decas prima, Berlin 1828.
  3. Robert S. Breed, Harold J. Conn: The Status of the Generic Term Bacterium Ehrenberg 1828. In: Journal of Bacteriology. 31, Nr. 5, Mai 1936, S. 517–18. doi:10.1128/jb.31.5.517-518.1936. PMID 16559906. PMC 543738 (freier Volltext).
  4. Christian G. Ehrenberg: Dritter Beitrag zur Erkenntniss grosser Organisation in der Richtung des kleinsten Raumes (de). Physikalische Abhandlungen der Koeniglichen Akademie der Wissenschaften, Berlin 1835, S. 143–336.
  5. F. d’Hérelle: Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles dysentériques. In: l'Académie des Sciences Nr. 165, Gauthier-Villars Paris 1917, S. 373–375.
  6. Carl R. Woese, G. E. Fox: Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74, Nr. 11, November 1977, S. 5088​–5090. bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. PMID 270744. PMC 432104 (freier Volltext).
  7. Lynn Sagan: On the origin of mitosing cells. In: J. Theoretical Biology. Band 14, Nr. 3, 1967, S. 255–274; doi:10.1016/0022-5193(67)90079-3, PMID 11541392.
  8. Bernhard Kegel: Die Herrscher der Welt: Wie Mikroben unser Leben bestimmen. DuMont Köln, Dezember 2015, ISBN 978-3-8321-9773-5.
  9. Danielle J. Parsons, Tara A. Pelletier, Jamin G. Wieringa, Drew J. Duckett, Bryan C. Carstens: Analysis of biodiversity data suggests that mammal species are hidden in predictable places. In: PNAS, Band 119, Nr. 14, 28. März 2022, e2103400119; doi:10.1073/pnas.2103400119.
  10. The Taxonomic Outline of Bacteria and Archaea
  11. George M. Garrity, Timothy G. Lilburn, James R. Cole, Scott H. Harrison, Jean Euzéby, Brian J. Tindall: Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea. Release 7.7, March 6, 2007, Michigan State University Board of Trustees, taxonomicoutline.org.
  12. Christian Rinke, Patrick Schwientek, Alexander Sczyrba, Natalia N. Ivanova, Iain J. Anderson, Jan-Fang Cheng, Aaron Darling, Stephanie Malfatti, Brandon K. Swan, Esther A. Gies, Jeremy A. Dodsworth, Brian P. Hedlund, George Tsiamis, Stefan M. Sievert, Wen-Tso Liu, Jonathan A. Eisen, Steven J. Hallam, Nikos C. Kyrpides, Ramunas Stepanauskas, Edward M. Rubin, Philip Hugenholtz, Tanja Woyke: Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter. In: Nature, Band 499, S. 431–437, 14. Juli 2013; doi:10.1038/nature12352, PMID 23851394.
  13. a b Elisse Magnuson, Ianina Altshuler, Miguel Á. Fernández-Martínez, Ya-Jou Chen, Catherine Maggiori, Jacqueline Goordial, Lyle G. Whyte: Active lithoautotrophic and methane-oxidizing microbial community in an anoxic, sub-zero, and hypersaline High Arctic spring. In: Nature ISME Journal, Band 16, 8. April 2022, S. 1798–1808; doi:10.1038/s41396-022-01233-8. Dazu:
  14. Amber Dance: Die »Dunkle Materie« der Mikroben. Auf spektrum.de vom 16. Juni 2020.
  15. Marion Wittfeld: Die "Dunkle Materie" der Mikroben. Wittgenstein-Preis 2019. Universität Wien, 17. Juni 2019.