Escherichia
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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Als Escherichia wird eine Gattung von gramnegativen, stäbchenförmigen Bakterien bezeichnet. Ihr wichtigster Vertreter und humanpathogen am relevantesten ist der Escherichia coli (E. coli). Escherichia gehören zu den Enterobakterien und machen einen kleinen Anteil an der Normalflora des Darmes aus.
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Was sind Escherichia?
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Escherichia sind gramnegative Stäbchenbakterien, die physiologisch in der Darmflora des Menschen vorkommen. Sie wachsen fakultativ anaerob, was heißt, dass sie sowohl mit als auch ohne Anwesenheit von Sauerstoff wachsen und sich vermehren können. Zudem sind sie Oxidase-negativ. Die Escherichia sind begeißelte Bakterien, sie sind somit beweglich. Eine selektive Kultivierung der Escherichia ist auf gallensalzhaltigen Nährböden wie dem McConkey-Agar möglich.
Der E. coli als eine Art der Escherichia ist der häufigste Erreger einer bakteriellen Infektion und dient außerdem als Indikatorkeim für verunreinigtes Trink- und Badewasser. Die Forschung an den E. coli bescherte zahlreichen Wissenschaftlern den Nobelpreis für Physiologie und Medizin. Weitere Arten wurden früher der Gattung zugerechnet, etwa E. hermannii und E. vulneris; sie sind zwar bekannt, Infektionen mit ihnen aber sehr selten.
Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften
Durch verschiedene Agglutinationsreaktionen mit bekannten Antiseren können verschiedene antigene Strukturen auf der Oberfläche der Escherichia nachgewiesen werden, was als Serotypisierung bezeichnet wird. So ergibt sich ein individuelles Antigenmuster. Es wird zwischen O-Antigenen (Oberflächenantigene, was den Lipopolysacchariden entspricht), H-Antigenen (Flagellin der Geißeln, ein thermolabiles Protein), K-Antigenen (Kapselantigene aus Kohlenhydraten) und F-Antigenen (Fimbrien) unterschieden. Die Fimbrien sind dazu da, um sich an die Schleimhaut im Magen-Darm-Trakt anzuheften.
Escherichia besitzen je nach Stamm eine Kapsel und sind peritrich (komplett um die ganze Zelle) begeißelt, sie sind somit beweglich. Dies ist vor allem für den E. coli wichtig, da er sich, wenn er sich im Magen befindet, nicht der aggressiven Magensäure aussetzen kann und sich daher in den schützenden Schleim fortbewegt.
Es werden bei den E. coli verschiedene Subtypen unterschieden, die jeweils verschiedene Virulenzfaktoren ausbilden und unterschiedliche Krankheiten auslösen. Diese werden auch als Pathovare bezeichnet: Der EPEC (= enteropathogene E. coli) heftet sich an die Darmschleimhaut und kann Effektorproteine in die Zellen über ein sogenanntes Typ-3-Sekretionssystem injizieren. Diese bewirken eine Abflachung des Darmepithels. Sie befallen vor allem Säuglinge und sind für die Säuglingsdiarrhö verantwortlich.
ETEC (= enterotoxisches E. coli) produziert zwei Enterotoxine. Er ist Erreger der Reisediarrhoe, die durch fäkal-oral kontaminierte Nahrungsmittel vor allem in den Tropen ausgelöst wird. Das Krankheitsbild ist dem einer Cholera ähnlich, da eines der beiden Toxine dem Choleratoxin entspricht.
EHEC (= enterohämorrhagischer E. coli) besitzt das Protein Intimin, welches eine feste Bindung der Bakterien an die Darmschleimhaut begünstigt. Der Erreger bildet ebenfalls ein Toxin aus, welches dem Shigatoxin ähnelt, das von Shigellen produziert wird. Dieses führt zur Hemmung der Proteinsynthese in den betroffenen Zellen. Sie werden auch als STEC (= Shigatoxin-produzierende E. coli) bezeichnet.
Der EAEC (= enteroaggregative E. coli) ist in der Lage mit weiteren Bakterien Aggregate zu bilden, die auf der Darmschleimhaut verweilen. UPEC (= uropathogene E. coli) exprimiert auf seiner Oberfläche die P-Fimbrien, welche speziell zur Bindung an das Epithel des Urogenitaltrakts dienen. Der EIEC (= enteroinvasive E. coli) dringt direkt in die Darmepithelzelle ein und breitet sich in benachbarte Zellen aus, indem er sie direkt invadiert.
Krankheiten & Beschwerden
Die E. coli sind die häufigsten Erreger einer bakteriellen Infektion. Die verschiedenen Subtypen lösen dabei unterschiedliche Krankheiten aus: Der EPEC ist für die Säuglingsdiarrhoe verantwortlich, die durch massive Durchfälle und die Gefahr einer Austrocknung gekennzeichnet ist. In Entwicklungsländern ist der Erreger Ursache einer hohen Säuglingssterblichkeit. Der Erreger für chronisch persistierende Durchfälle ist der EAEC. Die Durchfälle sind dabei schleimig, da induziert wird, dass die Darmschleimhaut mehr Schleim absondert.
Erreger der Reisediarrhoe ist der ETEC, dessen Krankheitsbild der Cholera sehr ähnlich ist. Reiswasserähnliche Durchfälle mit hohen Flüssigkeitsverlusten sind dabei keine Seltenheit. Der EHEC, welcher auch der bekannteste Subtyp ist, ist zuständig für wässrige bis blutige Durchfälle, die vor allem bei Kleinkindern für ein hämolytisch-urämisches Syndrom verantwortlich sein können (HUS), was zum Nierenversagen führen kann. Zusätzlich können Fieber, Magenkrämpfe und Erbrechen hinzukommen. Weitere Komplikation kann eine Darmperforation sein.
EIEC ist der Erreger einer ruhrähnlichen Kolitis mit blutig-schleimigen Durchfällen. UPEC als Erreger einer extraintestinalen Infektion verursacht Harnwegsinfekte, wenn das Bakterium vom Darm in den Urogenitaltrakt gelangt. Dies ist vor allem bei Frauen aufgrund der anatomischen Nähe des Afters zur Harnröhre der Fall. Zudem können sie beim Neugeborenen eine Meningitis verursachen, da sich der Geburtskanal ebenfalls in der Nähe des Afters befindet und so das Kind während der Geburt infiziert werden kann.
Systematik & Arten der Gattung
Die Gattung Escherichia gehört zur Familie der Enterobacteriaceae und über diese zur Ordnung der Enterobacterales innerhalb der Klasse der Gammaproteobacteria. Ihren Namen verdankt sie dem Kinderarzt Theodor Escherich, der 1885 aus dem Stuhl von Säuglingen ein Bakterium beschrieb und es zunächst nach seinem Fundort im Dickdarm benannte. Die heutige Bezeichnung der Gattung wurde ihm erst Jahrzehnte später zu Ehren vergeben.
Neben Escherichia coli sind weitere Arten beschrieben, darunter Escherichia albertii und Escherichia fergusonii. Beide werden im Zusammenhang mit Darminfektionen genannt, spielen im Vergleich zu E. coli aber eine untergeordnete Rolle. Auch hier hat die Untersuchung des Erbguts die Einteilung verändert: Zwei Arten, die lange als Escherichia hermannii und Escherichia vulneris geführt wurden, sind inzwischen in eigene Gattungen überführt worden, weil sie mit E. coli weniger nahe verwandt sind als lange angenommen. Ältere Befunde und Lehrbücher benutzen die alten Namen weiter.
Eine Besonderheit betrifft die Shigellen, die Erreger der bakteriellen Ruhr. Nach den heute üblichen Maßstäben des Erbgutvergleichs wären sie nicht als eigene Gattung, sondern als Untergruppe von Escherichia coli einzuordnen. Dass sie dennoch getrennt geführt werden, hat rein praktische Gründe: Ihre Namen sind in der Krankheitslehre, in Meldeverfahren und in der Fachliteratur so fest verankert, dass eine Umbenennung mehr Verwirrung stiften als Klarheit schaffen würde. Es handelt sich damit um eine bewusst beibehaltene Ausnahme von der sonst angewandten Ordnung.
Wachstum & Stoffwechsel
Escherichia stellt an seine Umgebung geringe Ansprüche. Die Bakterien wachsen von etwa Zimmertemperatur bis über die Körpertemperatur hinaus, am besten jedoch bei den im Darm herrschenden Bedingungen. Unter günstigen Umständen dauert es weniger als eine halbe Stunde, bis sich eine Zelle geteilt hat – aus wenigen Keimen kann so binnen eines Tages eine sehr große Zahl werden. Für das Wachstum genügen im Labor einfache Lösungen aus Mineralsalzen und einem Zucker als einziger Kohlenstoffquelle; alle übrigen Bausteine, auch die Aminosäuren und Vitamine, stellen die Bakterien selbst her. Diese Genügsamkeit ist einer der Gründe, warum Escherichia zum Arbeitspferd der Laboratorien geworden ist.
Da die Gattung fakultativ anaerob lebt, stehen ihr zwei Wege der Energiegewinnung offen. Ist Sauerstoff vorhanden, wird er zur vollständigen Verbrennung der Nährstoffe genutzt. Fehlt er, wie im Dickdarm, schaltet der Stoffwechsel auf Gärung um. Escherichia betreibt dabei die gemischte Säuregärung, bei der neben Gasen vor allem verschiedene Säuren entstehen, darunter Milchsäure. Die Fähigkeit, den Milchzucker Laktose zu spalten, teilt die Gattung mit einem Teil der übrigen Enterobakterien, nicht aber mit den Erregern von Typhus und Ruhr – ein Unterschied, den die Diagnostik ausnutzt.
Nachweis im Labor
Der Nachweis stützt sich auf die Anzucht. Neben dem oben genannten gallensalzhaltigen Nährboden werden weitere Nährböden mit Farbindikatoren verwendet, auf denen sich Kolonien, die Milchzucker abbauen, farblich von den übrigen abheben; auf einem der gebräuchlichen Böden zeigen E.-coli-Kolonien zusätzlich einen kennzeichnenden metallischen Glanz. Untersucht werden je nach Fragestellung Stuhl, Urin, Blut, Wundabstriche, Nervenwasser oder Atemwegssekret.
Die Bestätigung der Art erfolgt heute meist mit der Massenspektrometrie, bei der ein Eiweißmuster der Bakterienzelle mit einer Datenbank abgeglichen wird. Diese Verfahren stoßen allerdings dort an ihre Grenzen, wo die Verwandtschaft zu eng ist: Escherichia coli und die Shigellen lassen sich damit nicht zuverlässig trennen, weshalb bei entsprechendem Verdacht zusätzliche Untersuchungen nötig sind. Auch für die Frage, welchem der oben beschriebenen Pathovare ein Stamm angehört, reicht die Artbestimmung nicht aus; sie wird durch den Nachweis der zugehörigen Erbanlagen mittels Vervielfältigungsverfahren beantwortet.
Bei der Untersuchung von Wasser wird ein anderer Weg beschritten. Eine abgemessene Wassermenge wird durch einen Filter geleitet, der die Bakterien zurückhält; der Filter kommt anschließend auf einen Nährboden, und die gewachsenen Kolonien werden ausgezählt. Zur Unterscheidung dient dabei häufig ein Enzym, das E. coli im Unterschied zu vielen verwandten Bakterien bildet und dessen Wirkung sich mit einem Farb- oder Leuchtstoff sichtbar machen lässt.
Widerstandsfähigkeit & Hygiene
Escherichia bildet keine Sporen und ist deshalb gegen Hitze empfindlich: Durcherhitztes wird zuverlässig keimfrei. Kälte hilft dagegen nur begrenzt – Kühlen bremst die Vermehrung, Einfrieren tötet die Bakterien nicht ab. In feuchter Umgebung, in Kot, in Gülle, in Boden und in Oberflächenwasser können sie über Wochen überdauern, was ihre Rolle bei der Übertragung über Wasser und über pflanzliche Lebensmittel erklärt, die mit gedüngtem Boden oder verunreinigtem Gießwasser in Berührung gekommen sind.
Bemerkenswert ist die Säureverträglichkeit einiger krankmachender Stämme. Sie überstehen die Magensäure besser als die meisten anderen Darmbakterien, weshalb schon sehr geringe Keimzahlen ausreichen, um eine Erkrankung auszulösen. Für die Praxis der Küche folgt daraus, dass das Vermeiden der Übertragung wichtiger ist als der Versuch, geringe Mengen für unbedenklich zu halten: getrennte Bretter und Messer für rohe tierische Lebensmittel und für Rohkost, Händewaschen nach dem Umgang mit rohem Fleisch und gründliches Waschen von Obst und Gemüse, das roh verzehrt wird. Da Wiederkäuer ein wichtiges Reservoir bilden, gehört auch das Händewaschen nach Tierkontakt, etwa in Streichelgehegen und auf Bauernhöfen, zu den wirksamen Maßnahmen. Gegen die üblichen Desinfektionsmittel ist Escherichia empfindlich; entscheidend ist dort weniger das Mittel als die Gründlichkeit der Anwendung.
Resistenzlage
Unter den Enterobakterien ist Escherichia coli der Keim, an dem sich die Entwicklung der Antibiotikaresistenz am deutlichsten ablesen lässt – schlicht deshalb, weil er am häufigsten nachgewiesen wird. Verbreitet sind Betalaktamasen mit erweitertem Wirkungsspektrum, Enzyme also, die neben den einfachen Penicillinen auch die meisten Cephalosporine zerlegen. Die Erbanlagen dafür liegen häufig auf Plasmiden, jenen kleinen Ringen aus Erbsubstanz, die zwischen Bakterien weitergegeben werden können; dieselben Plasmide tragen oft zusätzlich Anlagen für die Unempfindlichkeit gegenüber weiteren Wirkstoffgruppen, sodass mehrere Resistenzen gemeinsam wandern.
Zugenommen hat auch die Unempfindlichkeit gegenüber den Fluorchinolonen. Seltener, aber folgenschwerer sind Carbapenemasen, die die als Reservemittel geltenden Carbapeneme unwirksam machen. Selbst für Colistin, einen älteren Wirkstoff, auf den man bei sonst aussichtslosen Fällen zurückgegriffen hatte, sind inzwischen übertragbare Unempfindlichkeiten beschrieben worden. Da Escherichia coli sowohl beim Menschen als auch bei Nutztieren zur normalen Darmbesiedlung gehört, wird die Entwicklung nicht allein von der Behandlung von Menschen bestimmt; der Einsatz von Antibiotika in der Nutztierhaltung wird als weiterer Einflussfaktor untersucht.
Geschichte & Bedeutung für die Forschung
Escherichs Beschreibung fiel in eine Zeit, in der die Vorstellung, Bakterien könnten auch nützliche Bewohner des menschlichen Körpers sein, noch keineswegs selbstverständlich war. Er selbst untersuchte die Darmbesiedlung von Säuglingen im Zusammenhang mit den damals häufigen und oft tödlichen Durchfallerkrankungen und legte damit den Grundstein für die Beschäftigung mit der Darmflora.
Die spätere Bedeutung der Gattung liegt jedoch weniger in der Krankheitslehre als in der Grundlagenforschung. Ein bereits vor langer Zeit gewonnener und für den Menschen ungefährlicher Laborstamm von E. coli wurde zum meistuntersuchten Lebewesen überhaupt. An ihm wurde geklärt, wie Bakterien die Ablesung ihrer Gene an das Nahrungsangebot anpassen, wie Erbinformation zwischen Zellen weitergegeben wird und wie Bakterien fremde DNA mit eigenen Enzymen zerschneiden – eine Entdeckung, aus der die Werkzeuge der Gentechnik hervorgingen. Die eingangs erwähnten Nobelpreise, die die Forschung an E. coli den beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eingebracht hat, gehen im Wesentlichen auf diese Arbeitsgebiete zurück und betreffen fast durchweg Fragen der Vererbung und der Zellsteuerung, nicht der Infektionslehre.
Praktisch nutzbar wurde daraus die Herstellung von Arzneistoffen in Bakterien: Wird die Bauanleitung für ein menschliches Eiweiß in einen harmlosen Laborstamm eingebracht, stellt dieser den Stoff in großer Menge her. Insulin war der erste auf diesem Weg gewonnene Wirkstoff. Bis heute dienen Escherichia-Stämme in Forschung und Industrie als Vermehrungssystem für Erbmaterial und als Produktionsorganismus.
Quellen
- Hof, H., Dörries, R. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie.
ISBN: 9783132423558
- Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
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- Madigan, M. T., Bender, K. S., Buckley, D. H., et al.: Brock Mikrobiologie.
ISBN: 9783868943672