Bakterien

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 18. Oktober 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Bakterien kommen im und am Menschen in einer großen Vielzahl vor. Während einige Bakterien die Gesundheit fördern, können sich andere Bakterien gesundheitsschädigend auswirken. Bakterien sollten nicht mit Bazillen, einer stäbchenförmigen Gattung beweglicher Bakterien, verwechselt werden.

Was sind Bakterien?

Schematische Darstellung der Bestandteile und des Aufbaus eines Bakteriums. Klicken, um zu vergrößern.

Bakterien sind Mikroorganismen und erreichen im Schnitt eine Größe von 0,5 bis 5 Mikrometern. Bakterien sind einzellig und vermehren sich über eine einfache Zellteilung. Anders als viele lebende Zellen haben Bakterien keinen Zellkern.

Je nach Form und Struktur lassen sich Bakterien in drei Grundformen unterteilen. Zu diesen Grundtypen zählen die Kokken (z.B. Staphylokokken), die Stäbchen (z.B. Bazillen oder Salmonellen) und die schraubenförmigen Bakterien. Der Begriff der Kokken leitet sich dabei aus dem Griechischen ab und bedeutet soviel wie Beeren oder Kugeln.

Der ungefähre Durchmesser dieser Bakterien beträgt einen Mikrometer. Bakterien, die als Stäbchen bezeichnet werden, sind entsprechend ihrer Namensgebung stäbchenförmig. Die Windungen von schraubenförmigen Bakterien sind unter einem Lichtmikroskop häufig deutlich zu erkennen.

Bedeutung & Funktion

Im gesunden Körper übernehmen Bakterien viele wichtige Funktionen. So finden sich beispielsweise im menschlichen Darm viele Arten gesundheitsfördernder Bakterien. In ihrem Zusammenwirken bilden diese Bakterien die sogenannte Darmflora, die sich fördernd auf die Verdauungsprozesse auswirkt. Hier finden sich ca. 99 % aller Mikroorganismen des menschlichen Körpers.

Auch auf der Haut des Menschen findet sich eine Vielzahl von Bakterien, die hier die sogenannte Hautflora bilden. Die Hautflora übernimmt unter anderem die Aufgabe, die Haut und auch den Organismus vor eindringenden, pathogenen (krankheitserregenden) Keimen zu schützen. Weitere gesundheitsfördernde Bakterien sind im Dünndarm, dem Rachen, der Mundhöhle oder an der Schleimhaut der weiblichen Vagina angesiedelt.

Damit gesundheitsfördernde Bakterien ihre Aufgaben uneingeschränkt übernehmen können, ist es wichtig, dass die Bakterienflora des Organismus richtig zusammengesetzt ist; nützliche Bakterien müssen hierzu in einer gleich bleibenden und ausreichenden Menge vorhanden sein.

Viele Bakterien sind in der Lage, für den Menschen wichtige Enzyme oder antibiotisch wirkende Substanzen zu bilden. Diese Eigenschaft macht sich auch die Medizin zunutze. So werden beispielsweise mithilfe von Bakterien wie den sogenannten Escherichia coli-Bakterien Medikamente wie Antibiotika oder Insulin hergestellt. Dies geschieht, indem der Stoffwechsel entsprechender Bakterien gezielt genutzt wird.

Bakterien im menschlichen Körper, die weder einen wissenschaftlich messbaren Nutzen noch einen messbaren Schaden bringen, werden als sogenannte Kommensale bezeichnet. Des Weiteren gibt es Bakterien im menschlichen Körper, die zwar Nährstoffe aus dem Körper ziehen, aber auch ein Ansiedeln schädigender Bakterien verhindern können. Diese Formen von Bakterien werden daher als Symbionten bezeichnet.

Biologische Eigenschaften

Bakterien sind einzellige Mikroorganismen, die eine enorme Vielfalt an biologischen Eigenschaften aufweisen. Sie gehören zu den Prokaryoten, das heißt, sie besitzen keinen echten Zellkern. Ihre Klassifikation erfolgt anhand verschiedener Kriterien, wie Morphologie, Zellwandstruktur und genetischen Merkmalen. Bakterien können in die Domänen Bacteria und Archaea eingeteilt werden, wobei sie weiter in verschiedene Phyla und Gattungen unterteilt werden, basierend auf phylogenetischen Analysen und taxonomischen Kriterien.

Morphologisch können Bakterien unterschiedliche Formen annehmen, darunter Kokken (kugelförmig), Bazillen (stäbchenförmig), Spirillen (spiralförmig) und Vibrionen (kommaförmig). Die Zellwandstruktur unterscheidet sich zwischen grampositiven und gramnegativen Bakterien, was durch die Gram-Färbung nachgewiesen wird. Diese Unterschiede beeinflussen ihre Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika.

Das Wachstum von Bakterien erfolgt durch Zweiteilung und wird durch Umweltfaktoren wie Temperatur, pH-Wert und Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst. Sie können unter aeroben oder anaeroben Bedingungen wachsen.

Das bakterielle Genom besteht in der Regel aus einem zirkulären Chromosom, das frei im Zytoplasma liegt. Viele Bakterien besitzen zudem Plasmide, extrachromosomale DNA-Stücke, die oft Gene für Antibiotikaresistenzen oder andere Überlebensvorteile tragen. Bakterien zeigen genetische Besonderheiten wie die Fähigkeit zur horizontalen Genübertragung durch Konjugation, Transformation und Transduktion, was ihre Anpassungsfähigkeit fördert.

Vorkommen & Verbreitung

Bakterien kommen nahezu überall in der Natur vor und sind eine der am weitesten verbreiteten Lebensformen. Sie besiedeln eine Vielzahl von Umgebungen, darunter Boden, Wasser, Luft, sowie extreme Habitate wie heiße Quellen, Tiefseehydrothermalquellen und salzhaltige Seen. In der Umwelt spielen sie eine entscheidende Rolle im Kreislauf von Nährstoffen, indem sie organisches Material abbauen und Stickstoff, Kohlenstoff und andere Elemente umwandeln.

Ein bedeutendes Vorkommen von Bakterien findet sich im menschlichen Körper, insbesondere in der Darmflora. Hier leben sie in einer symbiotischen Beziehung und unterstützen die Verdauung, die Synthese von Vitaminen und die Abwehr von Krankheitserregern. Auch auf der Haut, im Mund und in anderen Körperregionen gibt es eine Vielzahl an bakteriellen Gemeinschaften.

Die Übertragungswege von Bakterien sind vielfältig. Sie können durch direkten Kontakt, Tröpfcheninfektion, verunreinigte Nahrungsmittel oder Wasser und über Insekten verbreitet werden. Pathogene Bakterien nutzen diese Wege, um Infektionen beim Menschen und Tieren zu verursachen.

In Ökosystemen erfüllen Bakterien eine Schlüsselrolle. Sie zersetzen organische Materie, tragen zur Bodenfruchtbarkeit bei und fördern das Pflanzenwachstum durch Stickstofffixierung. In marinen Ökosystemen sind sie entscheidend für den Kohlenstoffkreislauf. Bakterien beeinflussen somit die Gesundheit von Organismen und die Stabilität von Ökosystemen auf vielfältige Weise.

Krankheiten

Bazillen oder Stäbchenbakterien oder sind stäbchenförmige Bakterien. Klicken, um zu vergrößern.

Gelegentlich können eigentlich gesundheitsfördernde Bakterien auch schädigende Einflüsse auf den Körper ausüben. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn Bakterien ihr eigentliches Milieu im menschlichen Körper verlassen und in ein anderes Milieu gelangen. So können etwa nützliche Bakterien des Dickdarms in den Harnwegen zu Blasenentzündungen führen.

Neben den nützlichen Bakterien gibt es eine Vielzahl von Bakterien, die den menschlichen Körper schädigen und daher auch als Krankheitserreger bezeichnet werden. Der schädigende Einfluss solcher Bakterien geht von den sogenannten Bakteriengiften aus, die von Bakterien abgesondert werden. Verschiedene Gifte, die von lebenden Bakterien abgegeben werden, können beispielsweise Auslöser sein für Infektionserkrankungen wie Scharlach, Tetanus (auch als Wundstarrkrampf bezeichnet), Keuchhusten oder Diphtherie (eine Erkrankung der oberen Atemwege).

Auch von absterbenden Bakterien können im Zuge des Abbaus Gifte ausgehen. So kann beispielsweise eine bestimmte Form des Typhus durch Salmonellen (stäbchenförmige Bakterien) hervorgerufen werden. Einige Bakterien können so starke Giftstoffe freisetzen, dass diese Stoffe als biologische Waffen genutzt werden.

Je nach Form können krankheitserregende Bakterien auf verschiedenen Wegen von einem Menschen auf den anderen übertragen werden. Eine mögliche Übertragung von Bakterien ist etwa durch die Luft möglich, durch Wasser oder auch durch verschiedene Körperflüssigkeiten wie beispielsweise Speichel, Urin oder Blut.

Bakterien sind außerdem in der Lage, im Rahmen bestimmter Zeitspannen zu mutieren, sodass sie beispielsweise mit Medikamenten wie bestimmten Antibiotika nicht mehr bekämpft werden können. Diese Bakterien entwickeln sogenannte Resistenzen und stellen daher eine große Gesundheitsbedrohung dar. Zu Letzterem lesen Sie auch unsere Artikel: MRSA-Infektion und ESBL-Infektion.

Behandlungsmöglichkeiten

Die Behandlung bakterieller Infektionen erfolgt in der Regel durch den Einsatz von Antibiotika, die die Vermehrung der Bakterien hemmen oder sie abtöten. Zu den gängigen Antibiotika-Klassen gehören Penicilline, Cephalosporine, Tetracycline, Makrolide und Fluorchinolone. Die Wahl des Antibiotikums richtet sich nach der Art des Erregers und der Schwere der Infektion. Standardtherapien sind in der Regel wirksam, wenn das verantwortliche Bakterium empfindlich gegenüber dem gewählten Antibiotikum ist.

Eine wachsende Herausforderung stellt jedoch die Behandlung von Infektionen mit antibiotikaresistenten Bakterien dar, wie Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA) oder multiresistente gramnegative Bakterien. Diese Stämme sind gegen viele Standardantibiotika resistent, was die Behandlung erschwert. In solchen Fällen kommen Reserveantibiotika wie Vancomycin oder Linezolid zum Einsatz, die jedoch oft nur als letztes Mittel verwendet werden können.

Neben den herkömmlichen Antibiotika werden neue und experimentelle Therapieansätze entwickelt, um der Resistenzproblematik zu begegnen. Phagentherapie, bei der bakterieninfizierende Viren, sogenannte Bakteriophagen, verwendet werden, ist eine vielversprechende Alternative. Auch Ansätze wie die Entwicklung von Antibiotika, die auf neue molekulare Ziele abzielen, sowie die Verwendung von antimikrobiellen Peptiden und Immunmodulatoren, werden erforscht. Diese neuen Therapien könnten helfen, resistente Infektionen effektiver zu bekämpfen und die Wirksamkeit von Antibiotika zu verbessern.

Die Bedeutung des Mikrobioms für die Gesundheit

Das menschliche Mikrobiom, insbesondere das der Darmflora, spielt eine entscheidende Rolle für die Gesundheit. Es besteht aus Billionen von Bakterien, Viren, Pilzen und anderen Mikroorganismen, die in einer symbiotischen Beziehung mit dem menschlichen Körper leben. Der größte Teil des Mikrobioms befindet sich im Darm und beeinflusst verschiedene physiologische Prozesse, darunter Verdauung, Stoffwechsel und Immunsystem.

Eine gesunde Darmflora trägt zur Verdauung von Nahrungsmitteln bei, die der Mensch allein nicht verarbeiten kann. Bestimmte Bakterien sind in der Lage, Ballaststoffe zu fermentieren und daraus kurzkettige Fettsäuren zu produzieren, die für die Darmgesundheit und Energieversorgung wichtig sind. Darüber hinaus helfen die Mikroben bei der Synthese von Vitaminen, wie Vitamin K und einigen B-Vitaminen, die für den Stoffwechsel und die Blutgerinnung unerlässlich sind.

Das Mikrobiom spielt eine Schlüsselrolle im Immunsystem. Es hilft dabei, das Immunsystem zu trainieren, zwischen harmlosen und gefährlichen Mikroorganismen zu unterscheiden. Bakterien des Mikrobioms produzieren antimikrobielle Substanzen und konkurrieren mit potenziellen Krankheitserregern um Nährstoffe und Platz, wodurch sie die Ansiedlung schädlicher Bakterien verhindern. Eine gestörte Darmflora, auch als Dysbiose bezeichnet, kann jedoch zu einer Vielzahl von gesundheitlichen Problemen führen. Dysbiose ist mit Erkrankungen wie Reizdarmsyndrom, entzündlichen Darmerkrankungen (z. B. Morbus Crohn, Colitis ulcerosa), Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes und sogar mit psychischen Störungen wie Depressionen und Angstzuständen assoziiert.

Der Einfluss des Mikrobioms auf das Gehirn wird als Darm-Hirn-Achse bezeichnet. Diese wechselseitige Kommunikation erfolgt über das Nervensystem, das Immunsystem und hormonelle Signale. Es wird vermutet, dass bestimmte Bakterien über die Produktion von Neurotransmittern wie Serotonin das Verhalten und die Stimmung beeinflussen können. Studien deuten darauf hin, dass eine gesunde Darmflora möglicherweise das Risiko für neuropsychiatrische Erkrankungen reduziert.

Die Pflege des Mikrobioms ist daher ein wichtiger Bestandteil der Gesundheitsvorsorge. Eine ausgewogene Ernährung, die reich an Ballaststoffen, Präbiotika und Probiotika ist, kann das Gleichgewicht der Darmflora fördern. Probiotische Lebensmittel wie Joghurt oder fermentierte Produkte unterstützen das Wachstum nützlicher Bakterien, während Präbiotika wie Inulin als Nahrung für diese Bakterien dienen. Zudem ist es wichtig, den unnötigen Einsatz von Antibiotika zu vermeiden, da diese das Mikrobiom schädigen können, indem sie nicht nur schädliche, sondern auch nützliche Bakterien abtöten.

Quellen

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