Spirillen

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

Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026

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

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Spirillen sind eine Bakterien-Gattung der Familie Spirillaceae. Sie wurden 1832 von dem Naturwissenschaftler Christian G. Ehrenberg entdeckt.

Was sind Spirillen?

Die Infektion kann durch Bisse von Ratten und anderen Nagetieren ausgelöst werden. Weitere Überträger können Haustiere sein, die Nagetiere verspeisen, wie zum Beispiel Hunde oder Katzen.
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Die Gattung der Spirillen umfasste ehemals fünf Arten und war umstritten, da lediglich den Arten Spirillum volutans und Spirillum winogradskyi eine Verwandtschaft nachgewiesen werden konnte. Die drei Arten Spirillum minus, Spirillum pleomorphum und Spirillum pulli sind aus morphologischen Beobachtungen der Gattung zugeordnet worden. Eine direkte Artverwandtschaft konnte durch die DNA-Zusammensetzung nicht nachgewiesen werden.

Die mangelhafte und behelfsmäßige Einteilung wird daher neuerdings durch weitere Gattungskategorien erweitert. Die Gattung Spirillum beinhaltet nun noch die 2 Arten Spirillum volutans und Spirillum winogradskyi.

Die anderen Arten sind in weitere Gattungen wie die Aquaspirillum eingeordnet worden. Zudem werden weitere Arten dieser Verwandtschaft neu beschrieben und ältere umbenannt; so wird das früher als Spirillum serpens geführte Bakterium heute Aquaspirillum serpens genannt. Im Gegensatz zu den Angehörigen der ursprünglichen Spirillengattung wurden nun auch Salz liebende Spirillen entdeckt, die in die Gattung der Oceanospirillum eingeordnet werden.

Für stickstofffixierende Spirillen wurden die Gattungen Azospirillum und Herbaspirillum geschaffen. Das Spirillum minus, welches das Rattenbissfieber auslöst, konnte noch nicht eindeutig zugeordnet werden.

Der Name geht auf das lateinische Wort für die kleine Spirale zurück und benennt genau das, was schon den frühen Mikroskopikern an diesen Bakterien auffiel: den gewundenen, korkenzieherartigen Zellkörper. Im 19. Jahrhundert diente „Spirillum“ als Sammelbezeichnung für nahezu jedes spiralig gewundene Bakterium, unabhängig davon, wie nah die Formen miteinander verwandt waren. Erst als sich der Vergleich von Erbgutabschnitten als Ordnungskriterium durchsetzte, zeigte sich, dass die Schraubenform mehrfach unabhängig voneinander entstanden ist. Sie ist ein Bauprinzip, kein Verwandtschaftsnachweis – und darin liegt der Grund für die vielen Umbenennungen, die diese Gruppe hinter sich hat.

Abzugrenzen sind die Spirillen vor allem von zwei anderen Gruppen gewundener Bakterien. Die Spirochäten sind erheblich dünner und länger, ihr Zellkörper ist biegsam statt starr, und ihre Geißeln liegen im Inneren der Zelle. Vibrionen dagegen sind nur einmal gekrümmt und ähneln eher einem Komma als einer Schraube. Auch die Gattungen Campylobacter und Helicobacter, die im Verdauungstrakt des Menschen eine Rolle spielen und ebenfalls gewunden sind, wurden früher gelegentlich in die Nähe der Spirillen gestellt; heute werden sie in eigenen Familien geführt.

Beim Lesen des Artikels lohnt es sich, zwei Ebenen auseinanderzuhalten. Beschrieben wird eine Bakteriengattung, also eine Sammelkategorie, während die medizinische Bedeutung fast ausschließlich an einer einzigen Art hängt. Was über Spirillum minus gesagt wird, gilt deshalb nicht für die Gattung insgesamt, und was für die frei lebenden Spirillen in Gewässern zutrifft, lässt sich nicht auf den Erreger des Rattenbissfiebers übertragen.

Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften

Spirillen sind gram-negative Bakterien. Es ist also nur eine dünne Mureinschicht mit aufgelagerter Lipidmembran als Zellhülle vorhanden. Auffällig und namensgebend ist die starr wendelförmige Gestalt. Zur Fortbewegung nutzen die Spirillen eine polytrich-bipolare Begeißelung, also eine Begeißelung an den beiden Enden der spiralenförmigen Zelle. Spirillen sind mit einem Durchmesser von 1,4–1,7 µm und einer Länge von 14–60 µm verhältnismäßig groß.

Der Atmungsstoffwechsel des Bakteriums hat sich auf organische Substrate spezialisiert. Eine Verwertung von Kohlenhydraten ist nicht möglich. Im Gegensatz zu den meisten aerob lebenden Organismen, besitzt das Spirillum keine Katalase. Die Katalase ist ein Enzym, das für die Spaltung von Wasserstoffperoxid verantwortlich ist. Spirillen sind daher sehr empfindlich gegenüber Wasserstoffperoxid.

Durch den mangelhaften Abbau von Wasserstoffperoxid haben die Spirillen mikroaerophile Eigenschaften und bevorzugen daher sauerstoffarme Umgebungen. Eine Umgebung mit etwa einem Fünftel des Sauerstoffgehalts normaler Luft — also rund vier Prozent Sauerstoff — bietet eine gute Lebensbedingung für das Bakterium. In einer Umgebung ohne Sauerstoff können Spirillen nicht überleben.

Eine weitere Empfindlichkeit weist Spirillum gegenüber hohen Natriumchlorid-Konzentrationen auf. Schon Salzgehalte weit unterhalb des Meerwassers hemmen das Wachstum oder wirken abtötend. Spirillen sind aufgrund ihrer NaCl-Unverträglichkeit besonders im Süßwasser zu finden. Da der Keim zudem mikroaerophil ist, überlebt er besonders gut in Süßwasser mit geringem Sauerstoffanteil.

Es können aber auch in anderen Flüssigkeiten verschiedene Spirillenarten gefunden werden. In frischer Schweinejauche etwa lässt sich die Art Spirillum volutans in einer sehr hohen Konzentration nachweisen.

Die Anzucht im Labor gelingt, wenn der Sauerstoffgehalt des Nährmediums abgesenkt wird. Für eine effiziente Kultivierung sind spezielle Kulturmedien nötig, da Kohlenhydrate von den Spirillen nicht als Energie verwertet werden können.

Spirillen bilden keine Sporen, also keine widerstandsfähigen Dauerformen, mit denen manche anderen Bakterien Trockenheit, Hitze und Nährstoffmangel über lange Zeit überstehen. Außerhalb ihres feuchten Lebensraums sind sie deshalb nicht lange überlebensfähig; Austrocknen, Erhitzen und die gebräuchlichen Desinfektionsmittel beenden ihr Wachstum rasch. Für die Hygiene hat das eine beruhigende Folge: Spirillen halten sich nicht dauerhaft auf trockenen Oberflächen, und die Wege einer Ansteckung sind entsprechend eng. Es braucht in aller Regel den unmittelbaren Kontakt mit einem Trägertier oder mit dem Wasser, in dem die Bakterien leben.

Im Inneren der Zellen lassen sich unter dem Mikroskop häufig stark lichtbrechende Körnchen erkennen. Es handelt sich um Speicherstoffe aus aneinandergereihten Phosphatgruppen, die als Volutin bezeichnet werden und der Art Spirillum volutans ihren Namen gegeben haben. Solche Vorräte erlauben es dem Bakterium, Phosphat anzulegen, solange es reichlich vorhanden ist, und später darauf zurückzugreifen – eine nützliche Fähigkeit in Gewässern, deren Nährstoffangebot stark schwankt.

Die für Bakterien ungewöhnliche Größe hat den Spirillen eine eigene Rolle in der Forschung eingebracht. Weil sich sowohl die Zellen als auch ihre Geißelbündel schon im gewöhnlichen Lichtmikroskop beobachten lassen, gehört Spirillum volutans zu den Organismen, an denen untersucht wurde, wie Bakterien überhaupt schwimmen und wie sie ihre Richtung wechseln. Die meisten Bakterien sind dafür schlicht zu klein.

Die Vermehrung erfolgt wie bei anderen Bakterien durch Zweiteilung: Die Zelle wächst in die Länge und schnürt sich anschließend in der Mitte durch. Wie schnell eine Kultur zunimmt, hängt vor allem von der Temperatur, vom Sauerstoffangebot und von den verfügbaren organischen Säuren ab. Bevorzugt werden gemäßigte Temperaturen, wie sie in stehenden Binnengewässern herrschen; ausgesprochene Hitze- oder Kältespezialisten sind unter den klassischen Spirillen nicht bekannt.

Nachweis und Anzucht

Der Nachweis von Spirillen stützt sich in erster Linie auf das Mikroskop. Die auffällige Schraubenform und die lebhafte Eigenbewegung sind so kennzeichnend, dass ein geübter Untersucher die Bakterien im frischen Präparat erkennen kann, ohne sie anzufärben. Verwendet werden dafür Verfahren, die ungefärbte Zellen sichtbar machen: die Dunkelfeldmikroskopie, bei der die Zellen hell vor dunklem Grund aufleuchten, und die Phasenkontrastmikroskopie, die Unterschiede in der Lichtbrechung in sichtbare Helligkeitsunterschiede übersetzt. Färbungen sind zwar möglich, bringen aber wenig zusätzliche Information, weil dabei gerade das verlorengeht, was die Gattung am deutlichsten kennzeichnet – die Beweglichkeit.

Für die frei lebenden Arten ist die Anzucht im Labor möglich, verlangt aber angepasste Nährlösungen. Übliche, reichhaltige Nährböden sind ungeeignet, weil sie zu viel Zucker und zu viel Kochsalz enthalten. Stattdessen werden nährstoffarme Medien mit organischen Säuren als Kohlenstoffquelle verwendet, und der Sauerstoffgehalt wird abgesenkt. Auch das ist ein Grund dafür, dass Spirillen in der Routinediagnostik selten auffallen: Sie wachsen auf den Nährböden, die dort standardmäßig eingesetzt werden, schlicht nicht.

Beim Erreger des Rattenbissfiebers ist die Lage grundsätzlich anders. Spirillum minus hat sich auf zellfreien Nährmedien bisher nicht anzüchten lassen – ein bemerkenswerter Umstand, der die Art auch der genaueren Einordnung entzieht. Die Erkennung stützt sich deshalb auf den mikroskopischen Nachweis im Dunkelfeld, etwa aus Blut, aus dem Sekret der Bisswunde oder aus dem Punktat eines vergrößerten Lymphknotens, und auf die Vorgeschichte, insbesondere den vorangegangenen Kontakt mit einem Nagetier. Ein serologischer Test, wie er für viele andere Infektionen zur Verfügung steht, existiert nicht. In spezialisierten Laboren lässt sich das Erbgut des Erregers mit der Polymerase-Kettenreaktion aufspüren, einem Verfahren, das kleinste Mengen an DNA vervielfältigt, bis sie messbar werden. Weil der Nachweis so umständlich ist, gilt als wahrscheinlich, dass die Erkrankung häufiger vorkommt, als es die Zahl der beschriebenen Fälle vermuten lässt.

Krankheiten & Beschwerden

Die durch Spirillum minus ausgelöste Form des Rattenbissfiebers wird weltweit sehr selten übertragen und spielt vor allem in Japan eine größere Rolle. Dort wird es als "Sodoku" bezeichnet. Die Inkubationszeit der Erkrankung kann bis zu drei Wochen dauern. Anschließend setzen Hautveränderungen an der Wunde ein. Ein rotes Exanthem bildet sich aus und der Erkrankte leidet unter Fieberschüben, die mehrere Tage andauern können und periodisch alle 4-5 Tage abklingen. Die Erkrankung kann Wochen bis Monate andauern. Die Rekonvaleszenz findet in einem ähnlich langen Zeitraum statt.

Unbehandelt heilt das Rattenbissfieber in einem Teil der Fälle von selbst aus, doch ist der Verlauf nicht vorhersehbar: Für unbehandelte Erkrankungen werden Sterblichkeiten von 5 bis 10 Prozent angegeben. Behandelt wird das Rattenbissfieber heute mit Antibiotika; unter dieser Behandlung heilt es in aller Regel folgenlos aus.

Das Rattenbissfieber ist keine einheitliche Erkrankung. Hinter dem Namen stehen zwei verschiedene Erreger und zwei Krankheitsbilder, die einander ähneln, aber nicht gleich sind. Neben der von Spirillum minus ausgelösten Form, die in Ostasien vorherrscht, gibt es eine zweite, die von dem stäbchenförmigen Bakterium Streptobacillus moniliformis verursacht wird und in Europa und Nordamerika die häufigere ist. Bei der streptobazillären Form vergeht zwischen Biss und Ausbruch meist nur eine kurze Zeit, und Gelenkschmerzen sowie Gelenkentzündungen gehören zum typischen Bild. Bei der von Spirillum minus ausgelösten Form dauert es länger bis zum Ausbruch, Gelenkbeschwerden sind selten, und die Bissstelle flammt zu Krankheitsbeginn noch einmal auf, obwohl sie zwischenzeitlich abgeheilt war. Da beide Formen mit Antibiotika behandelt werden, ist die Unterscheidung vor allem für das Verständnis des Verlaufs von Bedeutung.

Der japanische Name Sodoku setzt sich aus den Wörtern für Ratte und für Gift zusammen. Er verweist auf das Erregerreservoir: Träger sind Nagetiere, vor allem Ratten, bei denen das Bakterium im Nasen-Rachen-Raum vorkommt, ohne die Tiere erkennbar krank zu machen. Übertragen wird es mit dem Speichel beim Biss oder beim Kratzer, seltener auch dann, wenn Speichel eines Trägertieres auf eine bereits bestehende Wunde gelangt. Gefährdet sind daher weniger Reisende als Menschen mit engem Tierkontakt: Beschäftigte in Tierhaltungen und Laboratorien, Halter von Heimtierratten und Menschen, die in Wohnverhältnissen mit Rattenbefall leben. Anders als beim streptobazillären Rattenbissfieber, das auch über verunreinigte Lebensmittel und Milch weitergegeben werden kann, ist für die Spirillenform der direkte Tierkontakt der maßgebliche Weg.

Zu den seltenen, aber schweren Verläufen gehört eine Beteiligung des Herzens. Gelangen die Erreger in die Blutbahn und setzen sich an den Herzklappen fest, kann eine Endokarditis entstehen, also eine Entzündung der Herzinnenhaut. Beschrieben sind außerdem Mitbeteiligungen von Leber, Nieren und Hirnhäuten. Solche Verläufe sind die Ausnahme; sie betreffen bevorzugt Menschen, deren Immunsystem geschwächt ist.

Vorbeugend wirkt vor allem, was Bisse von vornherein verhindert: Schutzhandschuhe im beruflichen Umgang mit Nagetieren, ruhiger und sachkundiger Umgang mit Heimtieren und die Bekämpfung von Rattenbefall in Wohngebieten. Eine Impfung gegen das Rattenbissfieber gibt es nicht, und eine überstandene Erkrankung hinterlässt keine belastbare Immunität; erneute Erkrankungen sind möglich.

Als Begleitsymptom kann eine Lymphangitis auftreten. Die Lymphangitis ist eine Entzündung der Lymphbahnen. Das augenscheinlichste Symptom einer Lymphangitis sind schmerzhafte, rote Streifen, die sich unter der Haut an den Lymphbahnen zeigen. Es sind insbesondere die Lymphbahnen im Unterhautfettgewebe (Subkutis) betroffen.

Bei einem Rattenbissfieber gehen die typischen Streifen von dem roten Exanthem der infizierten Wunde aus. Die Lymphknoten in der Nähe des Entzündungsherdes vergrößern sich daraufhin, weil sie das Lymphabflussgebiet der infizierten Wunde bilden. Umgangssprachlich bezeichnet man die Lymphangitis auch als „Blutvergiftung“. Diese Bezeichnung ist jedoch irreführend, da die Lymphangitis sich nicht im Blut abspielt und auch symptomatisch nicht mit der Sepsis, also der tatsächlichen Blutvergiftung verglichen werden kann. Die Lymphangitis kann aber in sehr seltenen und schweren Fällen des Rattenbissfiebers die Vorstufe einer echten Sepsis sein. Hierfür muss die Infektion sich jedoch so stark ausprägen, dass sie sich auf den Blutkreislauf ausdehnen kann.

Bedeutung in Natur und Forschung

Die überwiegende Mehrzahl der Bakterien, die den Namensbestandteil „Spirillum“ tragen, hat mit Krankheiten nichts zu tun. Es sind Umweltbakterien, und einige von ihnen erfüllen im Stoffkreislauf Aufgaben, die weit über ihre eigene Lebensgemeinschaft hinausreichen.

Am bekanntesten sind die stickstofffixierenden Gattungen Azospirillum und Herbaspirillum. Sie leben an und in den Wurzeln von Gräsern, darunter Getreidearten wie Weizen, Mais und Reis, und können den Stickstoff der Luft in eine Form überführen, die Pflanzen aufnehmen können. Damit gehören sie zu jener kleinen Gruppe von Organismen, die den für alle Lebewesen unentbehrlichen Stickstoff überhaupt erst verfügbar machen; Pflanzen und Tiere können das nicht. In der Landwirtschaft wird versucht, diese Fähigkeit zu nutzen und Saatgut mit solchen Bakterien zu behandeln, um den Bedarf an Stickstoffdünger zu senken.

Eine weitere verwandte Gruppe sind die Magnetospirillen. Diese Wasserbakterien lagern in ihrem Inneren Ketten winziger Eisenkristalle ein, die als Magnetosomen bezeichnet werden, und richten sich damit im Magnetfeld der Erde aus. Für die Zellen ist das eine Orientierungshilfe: Sie finden auf diesem Weg zuverlässiger die sauerstoffarme Schicht im Gewässerschlamm, in der sie am besten gedeihen. Für die Forschung sind sie ein vielbeachtetes Beispiel dafür, wie Bakterien anorganische Strukturen mit erstaunlicher Regelmäßigkeit herstellen.

Unter dem Namen Rhodospirillum wird eine Gruppe schraubenförmiger Purpurbakterien geführt, die Licht als Energiequelle nutzen können, ohne dabei Sauerstoff freizusetzen. Rhodospirillum rubrum ist ein klassischer Modellorganismus, an dem sowohl die bakterielle Fotosynthese als auch die Stickstofffixierung untersucht wurden.

Diese Beispiele erklären zugleich, warum die Gattung Spirillum im engeren Sinne heute so klein geworden ist. Nahezu alles, was früher unter diesem Namen zusammengefasst wurde, hat sich bei genauerer Prüfung als eigenständige, teils nur entfernt verwandte Gruppe erwiesen und einen eigenen Namen erhalten. Übrig geblieben ist ein schmaler Kern – und ein Sammelbegriff, der in der Umgangssprache und in älteren Büchern weiterhin für alle starr gewundenen Bakterien steht.

Quellen

• Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
  ISBN: 9783662613849

• Kayser, F. H., Böttger, E. C., Deplazes, P., et al.: Taschenlehrbuch Medizinische Mikrobiologie.
  ISBN: 9783132447936

• Hof, H., Dörries, R. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie.
  ISBN: 9783132423558

• Bauerfeind, R., Kimmig, P., Schiefer, H.G., Schwarz, T., Slenczka, W., Zahner, H.: Zoonosen.
  ISBN: 9783769138337

• Neumeister, B., Geiss, H. K., Braun, R. W., Kimmig, P. (Hrsg.): Mikrobiologische Diagnostik.
  ISBN: 9783137436027

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