Ciliaten
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Ciliaten oder Wimpertierchen sind einzellige Eukaryoten mit Wimpern auf der Zelloberfläche, die sie zur Fortbewegung und zum Herbeistrudeln der Nahrung nutzen. Sie kommen vor allem im Wasser und Erdboden vor, leben als Kommensale und seltener auch als Parasiten. Die Art Balantidium coli gilt als einzige humanpathogene Art.
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Was sind Ciliaten?
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Eukaryoten oder Eukaryonten sind Lebewesen mit Zellkern. Sie sind von den Bakterien und den Archaeen zu unterscheiden. Die Wimpertierchen werden auch Ciliophora, Ciliata oder Ciliaten genannt und entsprechen einzelligen Eukaryoten, deren Zelloberfläche Wimpern trägt. Die Wimpern dienen der Fortbewegung und dem Herbeistrudeln von Nahrung.
Wimpertierchen werden als Stamm der Alveolata betrachtet, der rund 7500 verschiedene Arten umfasst. Unter den Protisten gehören sie zu den am stärksten differenzierten Formen: Ihre Einzelzelle übernimmt Aufgaben, für die vielzellige Lebewesen eigene Gewebe ausbilden. Die Länge von Ciliaten beträgt zwischen zehn und 300 Mikrometer. Bestimmte Arten der Wimpertierchen sind sogar mehr als einen Millimeter lang.
Die Lebewesen besitzen kontraktile Filamente des Zellskeletts, so zum Beispiel Actinmyosin- oder Mikrotubulifilamente. Damit können Ciliaten ihre Oberflächenstruktur verändern und sich an chemische oder physische Reize anpassen. Sie schleudern auf bestimmte Reize hin lange Proteinfäden nach außen. Räuberische Arten der Wimpertierchen tragen oft Toxicysten, welche die Membran ihrer Opfer durchschlagen und giftige Stoffe zur Immobilisierung sezernieren.
Ciliaten zeichnen sich durch Kerndimorphismus aus. Sie besitzen also Zellkerne unterschiedlicher Größe. Ihr diploider kleiner Kern wird als Mikronukleus und ihr polyploider großer Kern als Makronukleus bezeichnet. Der Makronukleus entspricht dem vegetativen Zellzentrum und der Mikronukleus bildet die Keimbahn. Vermutlich sind Ciliaten aus syncytialer Vielzelligkeit hervorgegangen.
Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften
Neben freischwimmenden Ciliaten gibt es festsitzende Wimpertierchen. Einige leben als Kommensale, so zum Beispiel die Entodinia im Pansenbereich von Wiederkäuern, die durch Cellulase die Cellulose der Nahrung zersetzen. Viele Vertreter leben in Symbiose mit Grünalgen wie der Zoochlorelle, die sie in ihrem Zellinneren beherbergen. Eine rein parasitäre Art ist zum Beispiel der Ichthyophthirius multifiliis, der Süßwasserfische befällt.
Viele Spezies der Wimpertierchen sind weltweit verbreitet. Die ungeschlechtliche Fortpflanzung betreiben viele Arten in Form von Querteilung oder seltener Längsteilung. Die Gattung Colpoda bildet Teilungscysten. In der geschlechtlichen Fortpflanzung findet ein DNA-Austausch mittels Plasmabrücke statt. Bei dieser Konjugation kommt es zur Auflösung des Makronukleus. Die Mikronuklei der beiden Partner lassen mittels Teilungsvorgängen der Meiose und Mitose einen diploiden Kern in jedem der beiden Partner entstehen. Nach der Trennung der Geschlechtspartner findet je eine weitere Mitose statt, die den diploiden Kern jeweils verdoppelt. Aus einem der so entstehenden Tochterkerne wird mittels Polyploidisierung der Makronukleus, der zweite wird zum Mikronukleus.
Das Nahrungsspektrum von Wimpertierchen ist breit angelegt. Neben Bakterien ernähren sich einige Ciliaten von Flagellaten, Algen, Amöben oder Pilzen. Andere Vertreter leben räuberisch von anderen Wimpertierchen.
Die Zellmembran trägt zur Nahrungsaufnahme das Cytostom als mundähnliche Öffnung. Nahrung wird bei der Aufnahme in Nahrungsvakuolen verpackt und kreist im Zellinneren auf festem Weg durch den ganzen Zellkörper, wo sie mittels Acidosomen angesäuert und von Lysosomen mit Hydrolase angereichert wird. Im Zellinneren zersetzt sich die Nahrung und lebensnotwendige Stoffe erreichen das Cytoplasma, wobei Reststoffe am Zellafter, der sogenannten Cytopyge, ausgeschieden werden.
Krankheiten & Beschwerden
Der Mensch wird eher selten befallen, aber kann bei einer Infektion Symptome des Magen-Darm-Trakts entwickeln. Die Zysten des Wimpertierchens werden meist mit kontaminierter Nahrung oder mit verseuchtem Wasser aufgenommen. Im Darm des Wirts entwickeln sich die Zysten zu aktiven Trophozoiten. Sie bilden daraufhin flaschenartige Läsionen innerhalb der Submucosa, die zwischen der Schleimhaut und dem Muskelgewebe innerhalb des Dickdarms liegt. Dort bilden die Wimpertierchen Nester. Der Wirt scheidet die Zysten wie auch aktiven Zellen mit dem Kot aus.
Für den Menschen bedeutsame Gifte bilden die Ciliaten nicht, aber der Befall mit den Wimpertierchen kann beim Menschen die Bildung von Geschwüren im Bereich des Dickdarms begünstigen. Dieser Zusammenhang ist auf die Bildung der Hyaluronidase zurückzuführen, die im Bindegewebe die Hyaluronsäure auflöst. Bei besonders schweren Fällen können sich Symptome wie blutiger Stuhl, permanent imperativer Stuhlzwang und starke Gewichtsabnahme einstellen. Im Extremfall endet ein derart schwerer Befall tödlich. Das ist jedoch nur selten der Fall, da die Infektion mit Wimpertierchen durch Tetracycline oder Metronidazol gut behandelt werden kann.
Als Vorbeugemaßnahme gilt Hygiene, die insbesondere im Umgang mit Tieren wie Schweinen relevant ist. Vor allem in wärmeren Klimazonen schützt die prophylaktische Hygiene in diesem Zusammenhang vor der Infektion mit den Ciliaten. Übertragen wird der Erreger nicht über das Fleisch, sondern über Zysten aus dem Kot der Tiere, die an Händen, Wasser oder Nahrungsmitteln haften.
Systematik und Verwandtschaft
Die Wimpertierchen gehören zusammen mit den Apicomplexa und den Dinoflagellaten zu einer übergeordneten Gruppe, den Alveolata. Ihr gemeinsames Kennzeichen sind flache, blasenartige Hohlräume – Alveolen –, die dicht an dicht unmittelbar unter der äußeren Zellmembran liegen. Sie geben der Zelle eine feste und zugleich verformbare Hülle, die Pellicula. Bei den Apicomplexa ist aus diesen Bläschen der Bewegungsapparat der Parasiten hervorgegangen; bei den Ciliaten dienen sie als Widerlager für die Wimpern und als Stützgerüst der Zelloberfläche. Die nächsten Verwandten der harmlosen Wimpertierchen im Teichwasser sind damit ausgerechnet jene Einzeller, die Malaria und Toxoplasmose verursachen.
Innerhalb der Ciliaten werden mehrere große Verwandtschaftskreise unterschieden. Zu den formenreichsten gehören die Oligohymenophorea mit den bekannten Gattungen Paramecium und Tetrahymena sowie mit dem fischschädigenden Ichthyophthirius. Die Spirotrichea umfassen unter anderem die auf Borsten laufenden Stylonychia-Arten; das trompetenförmige Stentor wird heute den Heterotrichea zugerechnet. Die für den Menschen bedeutsame Gattung Balantioides wird zusammen mit den Pansenwimpertierchen der Wiederkäuer zu den Litostomatea gestellt – eine Verwandtschaft, die zum gemeinsamen Lebensraum im Verdauungstrakt von Säugetieren passt.
Der Name Ciliaten leitet sich vom lateinischen Wort für Augenwimper ab. Für die Bestimmung der Arten war lange die Anordnung der Wimpernreihen ausschlaggebend; sie verlaufen in festen Bahnen über die Zelloberfläche und werden bei jeder Teilung zuverlässig weitergegeben. Erst molekularbiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass äußerlich ähnliche Formen mitunter nicht näher verwandt sind, was zu erheblichen Umbenennungen geführt hat – auch im Fall des menschlichen Parasiten, der heute meist als Balantioides coli geführt wird.
Bau der Zelle
Die Wimpern der Ciliaten sind keine bloßen Anhängsel, sondern Teil eines fein abgestimmten Bewegungsapparates. Jede Wimper entspringt einem im Zellinneren verankerten Basalkörper. Diese Basalkörper sind untereinander durch Eiweißfasern verbunden und bilden ein Gitterwerk, das die Wimpern in Reihen ordnet und ihren Schlag aufeinander abstimmt. Die Wimpern schlagen nicht gleichzeitig, sondern in versetzten Wellen, sodass sich über die Zelloberfläche laufende Muster ergeben – dieselbe Bewegungsform, die auch die Flimmerhärchen der menschlichen Atemwege zeigen.
Die Richtung des Wimpernschlags lässt sich umkehren. Trifft ein schwimmendes Wimpertierchen auf ein Hindernis, ändert sich für kurze Zeit die Zusammensetzung geladener Teilchen an der Zellmembran; Kalzium strömt ein, der Schlag kehrt sich um, und die Zelle weicht rückwärts aus, bevor sie in veränderter Richtung wieder vorwärts schwimmt. Weil sich dieser Vorgang gut messen lässt und in seinen Grundzügen den elektrischen Vorgängen an Nervenzellen entspricht, sind Wimpertierchen zu einem Modell für das Verständnis erregbarer Zellmembranen geworden.
Süßwasserbewohner stehen vor einem weiteren Problem: Weil im Zellinneren mehr gelöste Stoffe vorliegen als im umgebenden Wasser, strömt durch Osmose fortwährend Wasser in die Zelle ein. Ohne Gegenmaßnahme würde sie platzen. Ciliaten besitzen deshalb pulsierende Vakuolen – blasenartige Räume mit zuführenden Kanälen, die überschüssiges Wasser sammeln und in regelmäßigen Abständen nach außen entleeren. Bei Arten aus salzhaltigem Wasser ist dieser Apparat entsprechend schwächer ausgebildet.
Zur Ausstattung vieler Arten gehören außerdem Trichocysten: kleine, unter der Zellhülle liegende Körper, die auf einen Reiz hin einen langen Faden nach außen schleudern. Anders als die bei räuberischen Arten vorkommenden Toxicysten enthalten sie kein Gift; sie werden mit der Abwehr von Fressfeinden und mit der Verankerung an der Unterlage in Verbindung gebracht.
Der Kerndimorphismus und seine Bedeutung
Die Trennung in einen großen und einen kleinen Zellkern ist unter den Lebewesen eine Besonderheit und hat für die Zelle den Vorteil einer Arbeitsteilung. Der große Kern, der Makronukleus, steuert das Alltagsgeschäft: Von ihm werden die Vorlagen abgelesen, nach denen die Zelle ihre Enzyme und Baustoffe herstellt. Weil er die Erbinformation in vielfacher Ausfertigung enthält, kann er sehr viele Vorlagen gleichzeitig bereitstellen – nützlich für eine Zelle, die vergleichsweise groß ist und einen regen Stoffwechsel unterhält. Der kleine Kern, der Mikronukleus, wird für das Tagesgeschäft kaum abgelesen. Er verwahrt die vollständige Erbinformation und gibt sie bei der geschlechtlichen Fortpflanzung weiter.
Bei der im vorigen Abschnitt beschriebenen Konjugation wird der alte Makronukleus aufgelöst und aus einem Tochterkern des Mikronukleus ein neuer aufgebaut. Dabei geschieht etwas Bemerkenswertes: Große Teile der Erbinformation werden gezielt herausgeschnitten und verworfen, die verbleibenden Abschnitte werden neu geordnet und vervielfältigt. Der Makronukleus enthält am Ende nur einen Ausschnitt dessen, was im Mikronukleus steht. Wie die Zelle entscheidet, welche Abschnitte behalten und welche entfernt werden, ist eine der Fragen, die an Wimpertierchen besonders gut untersucht werden können.
Eine weitere Eigenheit betrifft den genetischen Code. In den meisten Lebewesen bedeuten bestimmte Dreierfolgen im Erbgut ein Haltezeichen und beenden den Bau eines Eiweißmoleküls. Bei vielen Ciliaten wird ein Teil dieser Zeichen jedoch als Bauanweisung für eine Aminosäure gelesen. Der genetische Code, lange für streng einheitlich gehalten, ist also nicht in allen Lebewesen gleich – Wimpertierchen gehörten zu den ersten Lebewesen, bei denen eine solche Abweichung im Zellkern nachgewiesen wurde.
Ciliaten in der Forschung
Wenige Einzellergruppen haben der Zellforschung so viel gegeben wie die Wimpertierchen. Die Art Tetrahymena lässt sich in großer Menge in einfachen Nährlösungen halten und liefert damit reichlich Untersuchungsmaterial. An ihr wurde entdeckt, dass die Enden der Chromosomen durch besondere, sich wiederholende Abschnitte geschützt sind und dass ein eigenes Enzym diese Enden nachbildet. Weil die Chromosomen im großen Zellkern der Ciliaten in sehr viele kurze Stücke zerlegt vorliegen, besitzen sie außergewöhnlich viele solcher Enden – was ihren Nachweis überhaupt erst möglich machte. Diese Entdeckung wurde mit dem Nobelpreis ausgezeichnet und hat weitreichende Bedeutung für das Verständnis der Zellalterung und der Entstehung von Krebs.
An derselben Art wurde außerdem gezeigt, dass nicht nur Eiweißstoffe, sondern auch RNA-Moleküle chemische Reaktionen beschleunigen können. Ein RNA-Abschnitt schnitt sich dabei ohne Zutun eines Enzyms selbst aus einem längeren Molekül heraus. Auch für diese Beobachtung wurde ein Nobelpreis vergeben; sie veränderte die Vorstellungen davon, wie das Leben in seinen Anfängen ausgesehen haben könnte. Weitere an Ciliaten gewonnene Erkenntnisse betreffen die Bewegung der Wimpern, die Steuerung des Zellskeletts und die Frage, wie eine Zelle ihre Gestalt über Generationen hinweg weitergibt.
Ökologische und wirtschaftliche Bedeutung
In Gewässern gehören die Wimpertierchen zu den wichtigsten Bakterienfressern. Sie halten die Bakterienbestände in Grenzen und dienen ihrerseits kleinen Krebstieren und Fischlarven als Nahrung; damit stellen sie ein Bindeglied zwischen den kleinsten Organismen und den höheren Gliedern der Nahrungskette dar. Weil einzelne Arten sehr genaue Ansprüche an Sauerstoffgehalt und Belastung des Wassers stellen, wird ihr Vorkommen zur Beurteilung der Gewässergüte herangezogen: Aus der Zusammensetzung der vorgefundenen Arten lässt sich ablesen, wie stark ein Gewässer mit abbaubaren Stoffen belastet ist.
Praktische Bedeutung hat dieser Zusammenhang in der biologischen Abwasserreinigung. Im Belebtschlamm der Klärwerke leben zahlreiche festsitzende und kriechende Wimpertierchen. Sie entfernen frei schwimmende Bakterien aus dem Wasser und verbessern damit dessen Klarheit. Ein geschulter Blick durch das Mikroskop erlaubt Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage, lange bevor sich Messwerte im ablaufenden Wasser verändern; das Auftreten oder Verschwinden bestimmter Formen gilt als Warnzeichen für Belüftungsprobleme oder für die Einleitung schädlicher Stoffe.
In der Fischhaltung ist Ichthyophthirius multifiliis, der Erreger der Weißpünktchenkrankheit, ein gefürchteter Schädling. Der Parasit bohrt sich in die Oberhaut der Fische ein, wo er als weißliches Knötchen sichtbar wird und heranwächst. Anschließend verlässt er den Fisch, sinkt zu Boden, umgibt sich mit einer Hülle und teilt sich darin vielfach; die daraus hervorgehenden Schwärmer suchen erneut einen Fisch. Angreifbar ist der Erreger nur in dieser frei schwimmenden Phase – im Fisch schützt ihn die Haut des Wirtes. In Aquarien und in der Fischzucht kann die Erkrankung ganze Bestände vernichten. Im Meerwasser übernimmt ein anderer Wimpertierchen-Verwandter, Cryptocaryon irritans, eine vergleichbare Rolle.
Nicht zuletzt sind die Pansenwimpertierchen der Wiederkäuer wirtschaftlich bedeutsam. Sie nehmen Stärke- und Zuckerteilchen rasch auf und geben sie verzögert wieder ab, wodurch sie starke Schwankungen des Säuregehalts im Pansen abpuffern. Zugleich fressen sie Bakterien und beeinflussen so die Zusammensetzung der Pansenflora. Ihr Anteil an der Verdauungsleistung und ihre Wirkung auf die Futterverwertung sind Gegenstand der Nutztierforschung.
Quellen
- Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
ISBN: 9783662613849
- Lucius, R., Loos-Frank, B., Lane, R.P.: Biologie von Parasiten.
ISBN: 9783662548615
- Löscher, T., Burchard, G.-D., Hoerauf, A., et al. (Hrsg.): Tropenmedizin.
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- Hof, H., Schlüter, D. (Hrsg.): Duale Reihe Medizinische Mikrobiologie.
ISBN: 9783132443174
- Kayser, F. H., Böttger, E. C., Deplazes, P., et al.: Taschenlehrbuch Medizinische Mikrobiologie.
ISBN: 9783132447936