Wollten Sie schon immer wissen, was Mikroorganismen sind, welche Arten es überhaupt gibt und wie sie sich voneinander unterscheiden? Diese Fragen soll dieser Beitrag beantworten. Darüber hinaus verrät er Ihnen, wie der Mensch Mikroorganismen wirtschaftlich nutzt und welchen Einfluss Mikroorganismen auf die Gesundheit des Menschen haben. Interessiert?
Unter Mikroorganismen versteht man im Allgemeinen eine überaus heterogene Gruppe an mikroskopisch kleinen Lebewesen. Man bezeichnet sie häufig auch als Mikroben oder Kleinstlebewesen. Mikroorganismen können in Einzeller und Mehrzeller unterteilt werden.
Zu den Einzellern gehören Bakterien und Protozoen. Bei Letzteren handelt es sich um Einzeller, die im Gegensatz zu kernlosen Bakterien einen Zellkern besitzen. Mikroalgen und Pilze hingegen bestehen aus wenigen Zellen. Aber auch sie zählen zu den Mikroorganismen.
Streng genommen gehören Viren nicht zu den Mikroorganismen. Sie werden dennoch häufig dazugezählt. Und hätten Sie es gewusst? Mikroorganismen machen zirka 70 Prozent der vorhandenen Biomasse aus. Schätzungen zufolge beherbergt die Erde zirka eine Billion mikrobieller Arten.
Wenn von Bakterien die Rede ist, spricht man von einzelligen Mikroorganismen, die mit Ausnahme von Protozoen keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryoten zählen.2, 4 Die große Mehrheit aller Bakterien ist für Menschen harmlos. Viele Bakterienarten sind sogar für den Menschen nützlich, wie zum Beispiel Darmbakterien. Manche Bakterien hingegen können Krankheiten auslösen. Bakterien werden auch in der Biotechnologie genutzt, um bestimmte Stoffe herzustellen.2 Mehr dazu später.
Die Archaea zählte man früher zu den Bakterien und bezeichnete sie als Archaebakterien. Sie unterscheidet sich von Bakterien unter anderem hinsichtlich der Stabilität ihrer Membran- und Zellwandstrukturen sowie bei den Komponenten der Transkriptions- und Translationsystemen.
Zu der Archaea zählen:
Hyperthermophile Archaea – sie kommen z. B. in Hydrothermalquellen vor.
Methanogene Archaea – sie kommen z. B. in Rinderpansen oder in Reisfeldern vor.
Extrem halophile Archaea – diese leben in Umgebungen mit hoher Salzkonzentration.
Hefen sind einzellige Pilze, die sich durch Sprossung oder Teilung (Spaltung) vermehren.3 Bei Pilzen handelt es sich um Eukaryoten. Sie kommen als Einzeller in Form von Backhefe vor. Oder als Mehrzeller in Form von Mycelpilze. Sie vermehren sich geschlechtlich und ungeschlechtlich durch Sporen. Oder vegetativ durch das Ausbreiten von teilweise sehr langlebigen Myzelien.4
Pilze sind heterosoph. Sie ernähren sich überwiegend durch das Ausscheiden von Enzymen in die unmittelbare Umgebung. Sie schließen so polymere, wasserunlösliche Nährstoffe auf und nehmen diese in die Zellen auf.4
Pilze unterscheiden sich von Pflanzen durch ihre heterotrophe Lebensweise ohne Fotosynthese. Bei den meisten Pilzen kommt – im Gegensatz zu Pflanzen - in der Zellwand Chitin vor. Und von Tieren unterscheiden sich Pilze unter anderem durch die Existenz einer Zellwand.4
Mit Mikroalgen bezeichnet man mikroskopisch kleine Algen. Diese leben im Wasser und betreiben Fotosynthese.2 Sie gehören jedoch nicht zu den Pflanzen.4 In der Biotechnologie untersucht man Möglichkeiten, mithilfe von Mikroalgen Energie zum Beispiel in Form von Algenkraftstoffen zu gewinnen.2
Mit Protozoen bezeichnet man mobile Einzeller mit heterotropher Lebensweise. Sie haben keine Zellwand, besitzen jedoch im Gegensatz zu Bakterien einen Zellkern. Und sind damit Eukaryoten.
Es gibt zirka 40.000 beschriebene Protozoen-Arten. Davon sind etwa 8.000 Parasiten, von denen zirka 70 bei Menschen parasitieren. Lediglich 40 durch Protozoen hervorgerufene Infektionen können Krankheiten auslösen.
Link zum Bild: Mit Viren bezeichnet man bestimmte biologische Partikel. Diese bestehen in der Regel aus einem Erbgut sowie einer Proteinhülle.2 Viren können sich nicht bewegen. Sie werden meistens mit Körperflüssigkeiten oder mit dem Wind transportiert.4 Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel. Sie können sich darum nur dann vermehren, wenn sie geeignete Zellen infizieren. Deshalb zählt man Viren nicht zu den Lebewesen.2
Mikroorganismen sind weit verbreitet: Sie kommen im Boden, in der Luft, im Wasser oder auf anderen Organismen wie zum Beispiel Menschen und Tieren vor. Ihr Stoffwechsel kennzeichnet sich durch eine Vielfalt an physiologischen Leistungen:
Die meisten Mikroorganismen leben heterotroph als Saprophyten. Das heißt, sie sind in Bezug auf ihre Ernährung auf die Körpersubstanz beziehungsweise Stoffwechselprodukte von anderen Organismen angewiesen.5 Von Saprophyten spricht man, wenn Mikroorganismen ausschließlich von totem organischem Material leben und ihrem Wirt nicht schaden.6
Andere Mikroorganismen ernähren sich autotroph durch CO2-Assimilation.5 Das heißt, sie besitzen die Fähigkeit, ihre Körpersubstanz selbständig aufzubauen. Als Energiequelle für die Umsetzung von CO2 nutzen sie entweder die Fotosynthese oder die Oxidation von anorganischem Material, wie zum Beispiel Kohlendioxid.5, 6
Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoff-, Stickstoff-, Schwefel- und Phosphorkreislauf. Bei der Umwandlung von organischen in anorganische Stoffe (Mineralisation) nehmen sie eine Schlüsselposition ein. Diese anorganischen Stoffe dienen wiederum anderen Organismen als Nährstoffe.
Mikroorganismen werden in vielen Bereichen eingesetzt: zum Beispiel bei der Herstellung von Lebensmitteln (Käse, Joghurt, Brot), im Umweltschutz zum Abbau von Umweltgiften), bei der biologischen Schädlingsbekämpfung in der Land- und Forstwirtschaft, bei der Produktion von Antibiotika, Hormonen, Antikörpern oder in weiteren Einsatzgebieten der mikrobiellen Biotechnologie. Bestimmte Mikroorganismen spielen als Erreger von
Ein Mensch besteht aus etwa 10 bis 100 Billionen menschlicher Zellen. Dem stehen etwa 1 Billiarde Mikroorganismen entgegen, die sich auf oder im menschlichen Körper befinden. Hierbei handelt es sich vor allem um Bakterien.
Bei gesunden Menschen kommen Mikroorganismen in etwa gleichem Verhältnis in Darm, Mund, Nase und auf der Haut vor. Geht man bei Bakterien von einer Länge von 1,0 μm und einer Breite von 0,5 μm aus, haben auf einem Quadratzentimeter Haut theoretisch 200 Millionen Bakterien Platz. In der Praxis sind es jedoch nur etwa 100 bis 10.000 Bakterien.
Im Magen-Darm-Trakt eines Menschen bilden Bakterien die Darmflora. Sie erzeugen Vitamine wie Folsäure, Biotin und Vitamin K und stärken das Immunsystem. Außerdem vermeiden sie die Ansiedlung und Verbreitung von krankheitserregenden Bakterien und Pilzen.
Es gibt bestimmte Mikroorganismen, mit denen beispielsweise in Laboren, Bierbrauereien und Backstuben gearbeitet wird. Diese nennt man auch Biostoffe. Die sogenannte Biostoffverordnung reguliert den Umgang mit ihnen. Und ordnet sie zu diesem Zweck in Bezug auf den Menschen in vier Risikoklassen ein.
Mikroorganismen, die aller Wahrscheinlichkeit bei Menschen keine Krankheiten auslösen, ordnet man der Risikoklasse 1 zu. Dazu zählen nützliche Mikroorganismen wie zum Beispiel Bäckerhefe oder Milchsäurebakterien sowie harmlose Bakterien, welche die Haut besiedeln beziehungsweise in der Luft vorkommen.
Diese Mikroorganismen können bei direktem Kontakt bei Menschen Krankheiten auslösen. Aber sie bleiben auf Personen beschränkt, die mit den Erregern in Kontakt kommen und verbreiten sich nicht in der Bevölkerung. Die von Mikroorganismen der Risikoklasse 2 ausgelösten Krankheiten können durch prophylaktische Maßnahmen verhindert oder erfolgreich behandelt werden. Beispiele für Mikroorganismen der Risikoklasse 2 sind Herpesviren, Schimmelpilze und bestimmte Salmonellenarten.
Mikroorganismen der Risikogruppe 3 können weitaus ernsthaftere Krankheiten auslösen, die sich in der Bevölkerung ausbreiten. Normalerweise gibt es für diese wirksame prophylaktische Maßnahmen und Therapien. Zu den Mikroorganismen der Risikogruppe 3 zählen unter anderen das Vogelgrippevirus, das HIV-Virus sowie vorläufig auch das Coronavirus.
Mikroorganismen der Risikogruppe 4 sind in der Lage, Erkrankungen mit schweren Verläufen auszulösen. Sich gegen diese vorbeugend zu schützen ist bis heute (Stand: 11/2022) genauso wenig möglich wie diese erfolgreich zu behandeln. Bis jetzt gehören ausschließlich Viren der Risikoklasse 4 an. Diese Viren lösen beispielsweise Ebola oder das Lassafieber aus.
Pathogene Mikroorganismen: Sie werden von Mensch zu Mensch, durch Mensch-Tier-Kontakt oder per Kontakt mit kontaminierten Vektoren übertragen.9 Diese Vektoren können belebt oder unbelebt sein. Zu den wichtigsten unbelebten Vektoren zählen kontaminierte Lebensmittel und kontaminiertes Wasser. Aber auch kontaminierte Gegenstände beziehungsweise der Kontakt mit Kontaminationsquellen in der Umwelt können Auslöser von Krankheiten sein.
Weltweit sind über 1400 krankheitserregende biologische Agenzien (hoch pathogene biologische Erreger und Toxine) bekannt. Von ihnen weisen mehr als 60 % zoonotisches Potenzial auf. In Expertengesprächen wurde berichtet, dass pro Jahr etwa drei bis vier meist virale, neu auftretende Infektionskrankheiten erwartet werden können.10 Hierbei handelt es sich sowohl um das Auftauchen neuer oder Spezies als auch um (evolutionsbedingte) Anpassungen mikrobieller Populationen an neue Bedingungen in ihrem Ökosystem.11
Viele Faktoren forcieren diesen Anpassungsprozess. Wie zum Beispiel alle Strategien, mit denen die Menschen versuchen, Lebensmittel sicher und länger haltbar zu machen. Als treibende Kräfte des Auftretens neuer Krankheitserreger werden aktuell hauptsächlich das sich verändernde Weltklima, die globalen Güterströme sowie sich verändernde Konsumgewohnheiten genannt. Zweifelsohne werden viele dieser Erreger Tiere als natürliches Reservoir haben. Das heißt, sie sind Zoonosen im klassischen Sinne.
Die Globalisierung nimmt weiter zu, die Bevölkerungsdichte steigt weiter an. Auch diese beiden Faktoren erhöhen die Gefahr der Ausbreitung von neuen und wiederkehrenden Infektionskrankheiten (emerging and re-emerging diseases).
Diese Gefahr stellt für Regierungen und ihre nationale Gesundheitssysteme eine große Herausforderung dar. Deutlich sichtbar wurde dies Anfang des Jahres 2020, als sich das COVID-19 Virus weltweit ausbreitete. Während dieser Krise haben sich zwei Dinge im Kampf gegen die Pandemie besonders bewährt: erstens die soziale Distanzierung. Und zweitens der Einsatz schneller und präziser diagnostischer Tests.
Zum schnellen, zuverlässigen und kosteneffizienten Nachweis von Bakterien und Viren bietet Roche automatisierte Stand-alone-Systeme und Laborsysteme sowohl für die
Referenzen:
Uyttendaele, M., Schukkink, R., Van Gemen, B., Debevere, J. (1995) Detection of Campylobacter jejuni added to foods by using a combined selective enrichment and nucleic acid sequence-based amplification (NASBA). Appl. Environ. Microbiol. 61, 1341–1347
Hueston, W. (2007) The landscape for Veterinary Public Health until 2013. Presentation at the General Meeting of the European College of Veterinary Public Health, Helsinki, 17.-9.-19.9.2007
Cleaveland, S., Haydon, D.T., Taylor, L. (2007) Overviews of pathogen emergence: which pathogens emerge, when and why? Curr. Top. Microbiol. Immunol. 315, 85–111
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