Proteobacteria
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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Proteobacteria sind ein genetisch begründeter Stamm aus gramnegativen Bakterien, die phänotypisch kaum Ähnlichkeiten haben und sich durch extreme Heterogenität auszeichnen. Einzelne Gruppen der Proteobacteria betreiben eine Photosynthese, die ohne Sauerstoff abläuft, oder gewinnen ihre Energie aus der Oxidation von Stickstoffverbindungen. Der Bakterienstamm umfasst einige Krankheitserreger, so zum Beispiel den Erreger von Tripper.
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Was sind Proteobacteria?
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Die Bakterienwelt besteht aus vielen einzelnen Stämmen, von denen einige umfangreicher sind als andere. Die Proteobacteria bilden einen der umfangreichsten Bakterienstämme, die bislang bekannt sind. Der Bakterienstamm umgreift sowohl zahlreiche Krankheitserreger, als auch verschiedene Stickstoffoxidierer, also stickstoffoxidierende Bakterien.
Die Bezeichnung Proteobacteria leitet sich vom griechischen Gott Proteus ab. Dieser war, Sagen zufolge, ein Formwechsler. Die Formvielfalt macht auch die Proteobacteria aus. Sie bilden keine morphologische Gruppe, sondern eine genetische Gruppierung. Sie sind von gänzlich unterschiedlichem Phänotyp. Allerdings besitzt ihr Genotyp eine genetische Gemeinsamkeit durch verwandte RNA-Sequenzen. Vor allem die Systematik der RNA-Stränge ist das ausschlaggebende Kriterium für die genetische Klassifikation als Bakterienstamm. Seit 2021 führt die Bakteriensystematik den Stamm unter dem Namen Pseudomonadota. Die ältere Bezeichnung Proteobacteria ist in Lehrbüchern und Datenbanken jedoch weiterhin gebräuchlich.
Als gemeinsames Charakteristikum des Bakterienstamms gelten außerdem die Zellwände, die aus wenig schichtigem Murein mit Lipopolysacchariden bestehen. Alle Spezies des Stammes sind gramnegativ. Durch ihre Geißeln sind einige der Arten zur Fortbewegung in der Lage. Andere bewegen sich gleitend fort. Proteobacteria besitzen generell keinen Zellkern und zählen damit zu den Prokaryoten.
Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften
Einige Untergruppen aus der Abteilung der Proteobacteria betreiben unter anoxischen Bedingungen eine anoxygene Photosynthese als Stoffwechselweg, so zum Beispiel die Purpurbakterien und Schwefel-Purpurbakterien. Sie erzeugen energiereiche Stoffe mittels Lichtenergie aus energiearmen Substanzen. Das befähigt sie dazu, in Milieus unter der Abwesenheit von Sauerstoff zu leben.
Als Ausgangsstoffe verwenden die Bakterien Schwefel, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, oder andere organische Moleküle als sogenannten Elektronen-Donator. Auf elementaren Sauerstoff ist die Reaktion nicht angewiesen. Auch wird bei der Reaktion kein elementarer Sauerstoff gebildet.
Die früher zu den Proteobacteria gezählten Myxobacteria sind bislang die einzig bekannte Gruppe dieser Verwandtschaft, die zwischen einzelliger und mehrzelliger Lebensart steht. Diese Bakterien bilden mehrzellige Fruchtkörper durch Sporen. Die Fruchtkörper konvergieren mit Schleimpilzen. Die Alpha-Gruppe der Proteobacteria kommt zum Beispiel in nährstoffarmen Gewässern vor. Beta-Proteobacteria wie die Neisseria sind zum Teil Krankheitserreger sexuell übertragbarer Erkrankungen und Entzündungen und besiedeln zu einem anderen Teil natürlicherweise die Schleimhäute.
Die Klasse der Gamma-Proteobacteria beinhaltet Krankheitserreger für Tiere, Menschen und Pflanzen, so zum Beispiel die Gattung Pseudomonas. Die früher als Epsilonproteobacteria geführten Bakterien, wie Helicobacter pylori, kommen im Magen des Menschen vor, wo sie an der Entstehung von Magengeschwüren beteiligt sind. Die Heterogenität des Bakterienstamms ist extrem breit.
Es sei an dieser Stelle auch auf die sogenannte Endosymbionten-Hypothese verwiesen. Laut dieser sollen die endosymbiontischen Proteobakterien der gemeinsamen Abstammung aller Mitochondrien von Eukaryonten entsprechen. Die Eukaryoten sollen demnach entstanden sein, indem ihre prokaryotischen Vorläuferorganismen Symbiosen eingegangen sind. Chemotrophe und phototrophe Bakterienarten prokaryotischer Zellen sollen gemäß der Hypothese eine Aufnahme durch Phagozytose erfahren haben und im Innern der Zellen weitergelebt haben, wodurch sie zu Endosymbionten geworden sind.
Diese Endosymbionten sollen sich im Verlauf zu Zellorganellen innerhalb der Wirtszellen entwickelt haben. Der Komplex aus Wirtszelle und darin liegenden Organellen wird als Eukaryot verstanden. Die einzelnen Zellorganellen sind in dieser Theorie die Mitochondrien und Plastiden. Damit hätten pflanzliche, tierische und menschliche Zellkomplexe ihren Ursprung in einer Fusion von Prokaryoten. Alle Lebewesen mit einem Zellkern hätten ihr Leben somit Proteobakterien zu verdanken.
Krankheiten & Beschwerden
Die verwandten Proteobacteria Neisseria meningitidis gehören zu den häufigsten Erregern eitriger Hirnhautentzündung. Sie besiedeln physiologischerweise den Nasen- und Rachenraum.
Pseudomonaden aus der Klasse der Gammaproteobacteria sind opportunistische Krankheitserreger, die an geschwächten Menschen, Tieren und Pflanzen auftreten. An Fischen rufen sie beispielsweise die Fleckenseuche hervor.
Für den Menschen sind außerdem Infektionen mit dem Helicobacter pylori nennenswert, da sie verschiedene Magenerkrankungen zur Folge haben können und eine verstärkte Magensäuresekretion bedingen. Neben der Typ-B-Gastritis wird mittlerweile auch ein Magenkarzinom mit den Bakterien in Zusammenhang gebracht. Die Weltgesundheitsorganisation stuft Helicobacter pylori bereits seit 1994 als krebserregend für den Menschen ein. So sollen die Infektionen als Risikofaktor für Magengeschwüre, Zwölffingerdarmgeschwüre und deren Entartung zu bösartigem Krebs infrage kommen.
Systematik und Verwandtschaft
Die Einteilung der Proteobacteria beruht nicht auf dem Aussehen der Bakterien, sondern auf dem Vergleich ihres Erbguts. Grundlage ist die sogenannte 16S-rRNA, ein Bestandteil der Ribosomen – jener Zellbestandteile, an denen Eiweiße hergestellt werden. Das zugehörige Gen kommt bei allen Bakterien vor, verändert sich im Lauf der Evolution nur langsam und enthält neben sehr beständigen auch veränderliche Abschnitte. Vergleicht man diese Abschnitte zwischen zwei Bakterien, lässt sich abschätzen, wie eng die beiden miteinander verwandt sind. Seit dieses Verfahren in den 1970er Jahren eingeführt wurde, hat es die Bakteriensystematik von Grund auf umgestellt: Gruppen, die man zuvor nach Form, Färbeverhalten und Stoffwechsel gebildet hatte, erwiesen sich vielfach als bunt zusammengewürfelt, während äußerlich völlig verschiedene Bakterien sich als nahe Verwandte herausstellten. Die Proteobacteria sind dafür das eindrücklichste Beispiel – sie wurden gegen Ende der 1980er Jahre allein aufgrund solcher Sequenzvergleiche als Gruppe erkannt und benannt.
Innerhalb der Alphaproteobacteria finden sich neben den erwähnten Purpurbakterien mehrere Gruppen, die eng mit anderen Lebewesen zusammenleben. Dazu zählen die Knöllchenbakterien, die in Wurzelknöllchen von Hülsenfrüchten Luftstickstoff binden, ebenso wie die Rickettsien als Erreger des Fleckfiebers. Auch die Brucellen gehören hierher. Die Betaproteobacteria umfassen neben den Neisserien unter anderem Bordetellen als Erreger des Keuchhustens sowie Bakterien, die Ammonium zu Nitrit umsetzen. Die Gammaproteobacteria bilden die umfangreichste Klasse; zu ihr gehören die Enterobakterien mit Escherichia coli, den Salmonellen, Klebsiellen, Enterobacter und Serratia, außerdem die Legionellen, Vibrio cholerae als Erreger der Cholera, der Erreger der Pest und die Gattung Pseudomonas. Die früher als Epsilonproteobacteria geführten Bakterien schließlich enthalten mit Campylobacter und Helicobacter zwei Gattungen, die Magen-Darm-Erkrankungen hervorrufen.
Bedeutung für die Stoffkreisläufe
Weit über die Krankheitslehre hinaus reicht die Rolle der Proteobacteria im Kreislauf der Nährstoffe. Stickstoff ist für alle Lebewesen unentbehrlich, weil er Bestandteil der Aminosäuren und damit sämtlicher Eiweiße ist. In der Luft liegt er zwar reichlich vor, jedoch als reaktionsträges Gas, das Pflanzen und Tiere nicht nutzen können. Nur Bakterien vermögen diese Bindung aufzubrechen, und unter ihnen sind die Knöllchenbakterien der Alphaproteobacteria die bekanntesten. Sie leben in eigens gebildeten Verdickungen an den Wurzeln von Hülsenfrüchten wie Erbse, Bohne, Klee oder Lupine und geben den gebundenen Stickstoff an die Pflanze ab, die ihnen im Gegenzug Nährstoffe liefert. Auf dieser Partnerschaft beruht ein erheblicher Teil der natürlichen Bodenfruchtbarkeit, und sie ist der Grund dafür, dass Hülsenfrüchte seit jeher in Fruchtfolgen eingebaut werden.
Auch die weiteren Stufen des Stickstoffkreislaufs werden überwiegend von Proteobacteria getragen. Beim Abbau abgestorbener Biomasse entsteht Ammonium; Bakterien der Beta- und der Alphaproteobacteria oxidieren es in zwei Schritten über Nitrit zu Nitrat, das die Pflanzenwurzeln wieder aufnehmen können. Diesen Vorgang bezeichnet man als Nitrifikation. Andere Proteobacteria kehren die Richtung um: Bei Sauerstoffmangel veratmen sie Nitrat und geben Stickstoff als Gas an die Luft zurück. In Kläranlagen macht man sich beide Vorgänge gezielt zunutze, um dem Abwasser die Stickstoffverbindungen zu entziehen, die andernfalls die Gewässer überdüngen würden.
Vergleichbares gilt für den Schwefel. Die Schwefel-Purpurbakterien der Gammaproteobacteria oxidieren Schwefelwasserstoff, jenes nach faulen Eiern riechende Gas, das in sauerstofffreien Schlammschichten entsteht. Sie entziehen ihm dabei Elektronen für ihre Photosynthese und lagern elementaren Schwefel ab. Die Gegenspieler, die Sulfat wieder zu Schwefelwasserstoff reduzieren, wurden lange ebenfalls zu den Proteobacteria gerechnet; nach heutiger Einteilung gehören sie zu den abgetrennten Verwandtschaftskreisen. Weitere Vertreter des Stammes verwerten Methan oder oxidieren Eisen- und Manganverbindungen. In der Summe greifen Proteobacteria damit in nahezu jeden großen Stoffkreislauf der Erde ein.
Vermehrung und Genaustausch
Wie alle Bakterien vermehren sich Proteobacteria durch einfache Zweiteilung: Die Zelle verdoppelt ihr Erbgut, wächst in die Länge und schnürt sich in der Mitte durch, sodass zwei gleiche Tochterzellen entstehen. Wie rasch das geschieht, hängt von Art und Umgebung ab und reicht von wenigen Minuten bei nährstoffreichen Bedingungen bis zu vielen Stunden bei Arten, die in nährstoffarmen Gewässern oder im Inneren anderer Zellen leben. Einen Zellkern und einen Geschlechtsvorgang im Sinne höherer Lebewesen gibt es nicht; das Erbgut liegt frei im Zellinneren, meist als ein einziger ringförmiger Strang.
Dennoch tauschen Proteobacteria Erbmaterial untereinander aus, und zwar auf mehreren Wegen. Bei der Konjugation legen sich zwei Zellen über einen feinen Fortsatz aneinander, und ein ringförmiges Erbgutstück – ein Plasmid – wird von der einen auf die andere übertragen. Dieser Vorgang wurde Mitte des 20. Jahrhunderts an Escherichia coli entdeckt und gehört zu den grundlegenden Beobachtungen der Bakteriengenetik. Daneben können Bakterien freie Erbgutbruchstücke aus ihrer Umgebung aufnehmen, und bakterienbefallende Viren verschleppen beim Wechsel von einer Zelle zur nächsten mitunter Erbgutabschnitte ihres früheren Wirts.
Diese Austauschwege sind der Grund dafür, dass Eigenschaften unter Bakterien viel schneller weitergegeben werden können, als es die Vermehrung allein erlauben würde – und dass sie nicht an der Artgrenze haltmachen. Für die Medizin ist das von unmittelbarer Bedeutung, denn auf diesem Weg gelangen auch die Erbanlagen für die Unempfindlichkeit gegenüber Antibiotika von einem Bakterium zum nächsten. Ein einzelnes Plasmid kann dabei die Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Wirkstoffgruppen zugleich übertragen.
Nachweis und Untersuchung
Für den Nachweis einzelner Proteobacteria stehen im Labor mehrere Wege offen. Am Anfang steht meist die Gramfärbung, bei der sich die dünne Mureinschicht der Proteobacteria rot anfärbt und sie dadurch von den blau erscheinenden grampositiven Bakterien getrennt werden. Da alle Vertreter des Stammes gramnegativ sind, führt dieser Schritt allerdings nur zu einer groben Vorauswahl. Es folgt die Anzucht auf Nährböden, die je nach vermutetem Erreger unterschiedlich zusammengesetzt sind: Manche enthalten Farbstoffe oder Antibiotika, die unerwünschte Begleitkeime unterdrücken, andere Indikatoren, die durch einen Farbumschlag anzeigen, welche Zucker das Bakterium verwertet.
Die feinere Bestimmung erfolgte lange über Reihen biochemischer Einzelprüfungen – ob ein Bakterium bestimmte Enzyme bildet, ob es Zucker unter Säurebildung abbaut, ob es Schwefelwasserstoff oder Gas erzeugt. Diese Verfahren sind zuverlässig, benötigen aber eine Bebrütung über Nacht. Heute tritt vielerorts ein massenspektrometrisches Verfahren an ihre Stelle, das das Eiweißmuster einer Bakterienkolonie erfasst und mit einer Datenbank abgleicht; die Artbestimmung gelingt damit binnen weniger Minuten. Daneben steht die Polymerase-Kettenreaktion, mit der sich einzelne Erbgutabschnitte gezielt vervielfältigen und nachweisen lassen – auch dann, wenn sich das Bakterium nicht anzüchten lässt. Für schwierige Fälle wird die 16S-rRNA-Sequenzierung, die der Systematik des Stammes zugrunde liegt, auch in der Krankenhausdiagnostik eingesetzt.
Bedeutung außerhalb der Krankheitslehre
Ein Teil der Proteobacteria ist für Forschung und Technik von erheblichem Wert. Escherichia coli, ein Darmbakterium aus der Klasse der Gammaproteobacteria, ist der am gründlichsten untersuchte Organismus überhaupt und dient seit Jahrzehnten als Arbeitspferd der Molekularbiologie; ein großer Teil dessen, was über das Ablesen von Genen, über Mutationen und über Genregulation bekannt ist, wurde zuerst an ihm erarbeitet. Auch Bakterien werden von Viren befallen, und die an solchen Phagen gewonnenen Erkenntnisse haben die Gentechnik überhaupt erst möglich gemacht.
Essigsäurebakterien aus der Klasse der Alphaproteobacteria oxidieren Alkohol zu Essigsäure und stehen damit hinter der Herstellung von Essig; verwandte Arten werden genutzt, um einzelne Vorstufen von Vitaminen zu gewinnen. Ein weiteres Alphaproteobakterium, Agrobacterium tumefaciens, schleust von Natur aus eigene Erbgutabschnitte in Pflanzenzellen ein und löst dort Wucherungen aus; die Pflanzenzüchtung hat sich diesen Mechanismus zu eigen gemacht, um gezielt Gene in Nutzpflanzen einzubringen. Pseudomonaden schließlich bauen ein außergewöhnlich breites Spektrum organischer Verbindungen ab, darunter Bestandteile von Mineralöl und Lösungsmitteln, und werden deshalb für die Reinigung belasteter Böden untersucht.
Quellen
- Madigan, M. T., Bender, K. S., Buckley, D. H., et al.: Brock Mikrobiologie.
ISBN: 9783868943672
- Fuchs, G. (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie.
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- Munk, K. (Hrsg.): Mikrobiologie.
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- Hof, H., Dörries, R. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie.
ISBN: 9783132423558