Mikroorganismen

Mikroorganismen Redaktion Sun, 06.07.2014 - 07:10

Mit einzelligen Mikroorganismen hat vor mehr als 3 Milliarden Jahren das Leben auf unserem Planeten begonnen. Die winzigen Organismen haben den Evolutionsprozess in Gang gesetzt und eine Atmosphäre aufgebaut, welche viel später – vor rund 650 Millionen Jahren - die Entstehung von Vielzeller-Organismen erlaubte. Als individuelle Zellen sind Mikroorganismen mit dem freien Auge nicht erkennbar. Um sie sichtbar zu machen, bedurfte es erst eines Mikroskops mit sehr hoher Auflösung, welches erstmals der Holländer Antonie Van Leeuwenhoek (1632–1723) designte. Mit diesem sehr kleinen Instrument beobachtete in wässrigem Milieu „eine große Vielzahl unterschiedlicher Animalcula“ - Bakterien, Protozoen und Pilze (Hefen) -, die sich bewegten (Abbildung 1) .

Abbildung 1. Antonie Van Leeuwenhoek hält sein winziges Mikroskop in der rechten Hand. Daneben seine Beschreibung in einem Brief „concerning Green Weeds Growing in Water, and some Animacula Found about Them“ Phil.Trans. 1702-1703 23. Darunter seine Darstellung von Hefe aus einem Brief an Thomas Gale (14. Juni 1680, pp. 6-10; Bild: Wikipedia)

Erst rund 200 Jahre später begann mit den Pionieren Louis Pasteur (1822 – 1895) und Robert Koch (1843 – 1910) die eigentliche Mikrobiologie, die Charakterisierung, Kultivierung und Klassifizierung der Mikroorganismen, welche damals in erster Linie als Krankheitserreger gesehen wurden. Die Erreger von Milzbrand, Tuberkulose und Cholera wurden entdeckt und auch die Möglichkeit Infektionen mittels Impfung vorzubeugen.

Was sind Mikroorganismen?

Unter diesen Begriff sind vorwiegend einzellige Organismen subsummiert (Abbildung 2): Bakterien und Archäa sind die einfachsten Lebensformen, Zellen ohne Zellkern, sogenannte Prokaryoten. Pilze (beispielsweise Bäckerhefe, Candida), Mikroalgen und Protozoen (z.B. Erreger von Malaria, Toxoplasmose, Schlafkrankheit) sind Eukaryoten, besitzen Zellkern und Organellen. Nach der Endosymbiontentheorie sind Eukaryoten dadurch entstanden, dass prokaryotische Zellen (Archäa?) andere, photosynthetisch aktive oder chemotrophe Bakterien eingefangen haben, die dann zu Plastiden oder Mitochondrien wurden. Da Viren keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und die Synthese-Maschinerie Wirtszellen benötigen um sich zu vermehren, können sie ein wesentliches Kriterium für Lebewesen nicht erfüllen, werden aber üblicherweise zu den Mikroorganismen gerechnet.

Abbildung 2. Untergruppen der Mikroorganismen. Ihre Größe reicht von 0,03 Millionstel Meter (µM) des Maul-und-Klauenseuche Virus bis mehrere 100 µm der Protozoen (rechts; Bild: Wikipedia).

Habitate

Mikroorganismen stellen den Großteil der globalen Biomasse dar. Sie passen sich den unterschiedlichsten Habitaten an und können unter extremen Bedingungen - in sehr heißen vulkanischen Quellen, unter dem Polareis, bei sehr hohen Salzkonzentrationen, enormer Radioaktivität, sehr hohen Drücken, in absoluter Finsternis, etc. - existieren und sich vermehren. Mikroorganismen besiedeln auch alle anderen Lebensformen. Im und am menschlichen Körper leben mehr als 100 Billionen Mikroorganismen (10 mal so viele, wie unsere Körperzellen): auf der Haut und vor allem im Verdauungstrakt. Die allermeisten dieser „Gäste“ sind aber keine Krankheitserreger, sondern üben essentielle Funktionen aus indem sie mithelfen u.a. Nahrungsmittel zu verwerten, die der Mensch nicht verdaut (z.B. Hemizellulose), Toxine abzubauen und Oberflächen blockieren, die von möglicherweise gefährlichen Keimen besiedelt werden könnten. Um den Einfluss dieses sogenannten „Human Microbiom“ auf Physiologie, Immunsystem, Entwicklung und Ernährung zu erforschen, wurde vom US National Institute of Health (NIH) im Jahr 2007 das bis 2015 dauernde Human Microbiome Project ins Leben gerufen (Details und aktuelle Resultate: https://commonfund.nih.gov/hmp/index).

Perspektiven

Wenn auch nur ein sehr kleiner Teil der ungeheuren Vielzahl und Vielfalt global existierender Spezies der Mikroorganismen bis jetzt entdeckt und charakterisiert wurde, so weisen die dabei gemachten Erfahrungen auf neuartige, ungewöhnliche Fähigkeiten der Mikroorganismen hin, die erfolgreiche Anwendungen in verschiedensten Disziplinen versprechen: in Medizin, Landwirtschaft, Umwelt, Ökologie, Lebensmitteltechnologie, Biotechnologie und vor allem in der besonders zukunftsweisenden Synthetischen Biologie.