3.2.1 Bakterien

In den Medien werden die Bakterien häufig als Feinde dargestellt, und wir verallgemeinern das dann auf alle Bakterien. Bestimmte Bakterienarten sind für unser Leben jedoch unverzichtbar, auch wenn diese selber unter bestimmten Voraussetzungen unseren Körper schädigen können.

Bakterien sind Einzeller, die sich durch Teilung vermehren. Sie haben sich wie alles Leben aus Urzellen weiter entwickelt.  Bakterien sind jedoch keine Einzelgänger, die nur für sich alleine vorkommen. Die einzelnen Arten liegen eng beieinander und kommunizieren untereinander über Botenstoffe. So scheinen sie sich in ihrer Teilungshäufigkeit zu beeinflussen und halten ihre Anzahl in einem bestimmten Rahmen konstant.

Für den Kontakt mit der Außenwelt und anderen Bakterien besitzen sie auf ihrer Oberfläche Rezeptoren, an die sich nur für den jeweiligen Rezeptor spezifische Stoffe anlagern können. Diese Stoffe werden dann durch Endozytose in das Zellinnere aufgenommen, d.h. die Zellmembran des Bakteriums umschließt in diesem Bereich die aufzunehmende Substanz wie wir Nahrung in den Mund aufnehmen und dann den Mund schließen.

Die meisten Bakterien haben eine Größe von 1 und 10 μm, und sind damit für unser menschliches Auge nicht sichtbar. Erst durch das Schleifen von Glas zu einer Linse um 1590 und die in den nächsten Jahrhunderten darauf aufbauenden Weiterentwicklungen wurde uns in den letzten etwa 400 Jahren der Blick in die Welt des Mikrokosmus (mit Hilfe des Mikroskops) und des Makrokosmos (durch das Teleskop) immer mehr ermöglicht. 1675 entdeckte der Belgier van Leeuwenkoek unter dem Mikroskop kleine „Tierchen“, die wir als Protozoen und Bakterien bezeichnen.

Biologen gehen davon aus, dass es hunderte von Millionen, vielleicht 1 Milliarde verschiedener Bakterienarten geben könnte. Nur wenige davon scheinen für unseren menschlichen Körper eine Gefahr zu bilden, viele Bakterien sind für unseren Körper oder unsere Ernährung nützlich.

Etwas Geschichtliches

Es ist noch nicht so lange her, das Wissenschaftler erstmals nachweisen konnten, dass bestimmte Krankheiten durch  bestimmte Bakterien verursacht werden. Löffler (ein Mitarbeiter von Robert Koch) entdeckte 1884, dass es zwischen der Erkrankung Diphtherie und einem Bakterientoxin einen Zusammenhang gab.

Robert Koch, dem Namensgeber des Robert Koch Institutes (RKI), gelang es gegen Ende des 19. Jahrhunderts die Erreger des Milzbrands (Bacillus anthracis), der Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis) und der Cholera (Vibrio cholerae) außerhalb des Körpers nachzuweisen und die Bakterien zu kultivieren.

Der Franzose Pasteur entwickelte Impfstoffe gegen verschiedene bakterielle Erkrankungen und zeigte damit, dass man sich durch Impfungen gegen bakterielle Infektionskrankheiten schützen kann.

Robert Koch und Louis Pasteur gelten heute als Begründer der modernen Bakteriologie.

Noch im 14. Jahrhundert starben weltweit geschätzt zwischen 50 bis 200 Millionen Menschen durch die Pest (Schwarzer Tod), die durch das Bakterium Yersinia pestis verursacht wurde. In Europa sollen bis zu zwei Drittel der damals lebenden Menschen durch die Infektion mit diesem Bakterium gestorben sein.

Unsere Vorfahren waren den bakteriellen und viralen Erkrankungen hilflos ausgesetzt. Kräuterweiber und Schamanen haben versucht, Entzündungen mit bestimmten Heilkräutern oder deren Extrakten zu behandeln.

Seit 1950  wurden gegen bakterielle Infektionen verschiedenste Medikamente (Antibiotika) immer weiter entwickelt. Da Antibiotika sehr schnell und reichlich verschrieben wurden (auch in der Tiermedizin) entstanden bei einigen Bakterien Resistenzen gegen diese Medikamente.

Das heißt, durch ein Antibiotikum werden viele Bakterien abgetötet, in einigen wenigen Bakterien verändert sich durch eine Mutation oder Bestrahlung das Erbgut, so dass diese Bakterien gegenüber dem Antibiotikum resistent wurden, d.h. das Antibiotikum wurde unwirksam. So konnten sich die resistenten Bakterien ungehindert vermehren und unseren Körper wieder angreifen. Die Folge ist, dass heute Pharmazeuten wieder auf der Suche nach Alternativen zu den Antibiotika sind.

Bakterien eine Gefahr für unsere Gesundheit und unser Leben?

Bakterien verhalten sich so, wie es die Evolutionstheorie beschreibt. Sie versuchen zu überleben, sich zu vermehren und sich gegenüber anderem Leben durchzusetzen. Bakterien sind nicht nur Täter sondern auch Opfer.

Unser Körper versucht sich der Bakterien zu erwehren indem

• in speziellen Zellen bestimmte Enzyme gebildet werden, die in unserem Speichel und in unserer Tränenflüssigkeit angereichert vorkommen sowie auf die Oberfläche der Atmungswege abgesondert werden. Gelangen Bakterien in unseren Mund, die Nase oder die Lungen, so können diese Enzyme die Zellwände der Bakterien zersetzen.
• von bestimmten Zellen Schleim gebildet wird, der die eingedrungen Bakterien z.B. in den beiden Lungen umschließen, so dass die Bakterien mit dem Abhusten aus unserem Körper entfernt werden.
• im Magen spezielle Zellen Magensäure bilden, die die Wand der Bakterien zerstört.

Um sich ihrerseits gegen Feinde zu schützen, bilden Bakterien Endo- oder Exotoxine die als Gift wirken (das ist eine vereinfachte Darstellung):

• Endo-toxine werden von gramnegativen Bakterien abgegeben, indem sie in Vesikeln (entstehen durch Abspaltung ihrer Zellmembran) gespeicherte Gifte (Toxine) frei setzen oder indem diese Gifte mit ihrem Absterben frei gesetzt werden.
  Endotoxine bilden u.a. Salmonellen, Shigellen, Eschrichia coli,
• Exo-toxine sind Giftstoffe, die von lebenden Bakterien sezerniert (abgegeben) werden.

Daneben gibt es noch

• Neuro-toxine, die Nervenzellen schädigen können und
• Entero-toxine die die Darmwand schädigen können.

Viren

Viren können ebenfalls Bakterien schädigen. Wenn die Spikes eines Virus sich an einen bestimmten Rezeptor der Zelloberfläche eines Bakteriums anlagern kann, entstehen die gleichen Abläufe wie bei einer Infektion von uns Menschen. Das Virus wird von dem Bakterium aufgenommen (das nennt man Endozytose). Im Bakterium löst die RNA oder DNA des Virus eine Reaktion aus, durch die neue Viren und deren Hüllen gebildet werden. Ist das Zellinnere mit neu gebildeten Viren „gefüllt“, reißt die Bakterienwand ein und setzt damit die neuen Viren frei.

Eine besondere Fähigkeit von Bakterien

In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler bei Bakterien eine Fähigkeit kennen gelernt, die sie für uns Menschen nutzbar machen wollen. Bakterien haben die Fähigkeit das Gengut von Viren, die in ihren Körper eingedrungen sind mit einer sogenannten Gen-schere zu „zerschneiden“ und damit zu zerstören.

Für Interessierte – Was Wissenschaftler von den Bakterien gelernt haben

Im Laufe der Evolution hat sich in den Bakterien ein Abwehrsystem gegen Viren entwickelt, das Zellbiologen und Genetiker erst in den letzten Jahren entschlüsselt haben.

Die Bakterien besitzen zwei verschiedene Abwehrstrategien:

• In dem befallenen Einzeller (Bakterium) wird ein Enzym frei gesetzt, durch das das Bakterium seine Aktivität einstellt oder abstirbt. Das hat den Vorteil, dass sich das Virus nicht vermehren kann. Es ist also ein Tod um andere Bakterien zu schützen.
• Das Bakterium bildet ein Protein, dass das das eingedrungene Virus erkennt und dessen RNA oder DNA so zerschneidet, dass das Virus die Zelle nicht zur Virusvermehrung „umprogrammieren“ kann. Wissenschaftler haben diesen Abwehrmechanismus entdeckt, über den einige Medien als „Genschere“ CRISPR berichtet haben.

  Heute haben Wissenschaftler die berechtigte Hoffnung, das mit dieser Gentechnik bei uns Menschen ererbte Erkrankungen oder Tumore behandelt werden können, indem im DNA-Strang bestimmte DNA-Basen oder Gene aus dem Strang entfernt und durch einen anderen ersetzt werden.

  Die Auswirkungen dieses neuen molekularbiologischen Verfahrens spielen möglicherweise auch bei Covid-19 eine Rolle.

Nicht jede Bakterienart ist unser Feind

Für den Erhalt unseres Lebens sind die Bakterien in unserem Darm lebensnotwendig. Wissenschaftler gehen davon aus, dass zwischen 30 – 100 Billionen Bakterien unseren Darm besiedeln, die in ihrer Gesamtheit zusammen mit Viren und Pilzen als Mikrobiom bezeichnet werden. Diese Bakterienflora steht heute im Mittelpunkt zahlreicher Forschungen. Bisher konnten einige Tausend verschiedene Bakterienarten bestimmt werden. Dabei unterscheiden wir zwischen Bakterien, die für uns wichtig sind und solche, die, wenn sie sich zu stark vermehren, unseren Körper schädigen können