Mikrobiologie

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Lernziele

  • Listen Sie die verschiedenen Arten von Mikroorganismen auf und beschreiben Sie ihre charakteristischen Merkmale
  • Nennen Sie Beispiele für verschiedene Arten von zellulären und viralen Mikroorganismen und Infektionserreger
  • Beschreibe die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Archaeen und Bakterien
  • Biete einen Überblick über das Gebiet der Mikrobiologie

Die meisten Mikroben sind einzellig und so klein, dass sie nur mit künstlicher Vergrößerung zu erkennen sind. Es gibt jedoch einige einzellige Mikroben, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind, und einige mehrzellige Organismen, die mikroskopisch klein sind. Ein Objekt muss etwa 100 Mikrometer (µm) messen, um ohne Mikroskop sichtbar zu sein, aber die meisten Mikroorganismen sind um ein Vielfaches kleiner als das. Zur Veranschaulichung: Eine typische tierische Zelle hat einen Durchmesser von etwa 10 µm, ist aber immer noch mikroskopisch klein. Bakterienzellen sind in der Regel etwa 1 µm groß, und Viren können 10-mal kleiner sein als Bakterien (Abbildung 1). Siehe Tabelle 1 für die in der Mikrobiologie verwendeten Längeneinheiten.

Ein Balken am unteren Rand zeigt die Größe verschiedener Objekte an. Ganz rechts ist ein Ei von ca. 1 mm. Links sind ein menschliches Ei und ein Pollenkorn mit einer Größe von etwa 0,1 mm zu sehen. Danach folgen eine pflanzliche und eine tierische Standardzelle mit einer Größe von 10 bis 100 µm. Danach folgt ein rotes Blutkörperchen mit einer Größe von knapp 10 µm. Danach folgen ein Mitochondrium und eine Bakterienzelle mit etwa 1 µm. Danach folgt ein Pockenvirus bei etwa 500 nm. Danach folgt ein Grippevirus bei ca. 100 nm. Danach folgt ein Polio-Virus mit ca. 50 nm. Danach folgen Proteine mit einer Größe von 5-10 nm. Danach folgen Lipide mit einer Größe von 2-5 nm. Dann folgt C60 (Fullerenmolekül) mit einer Größe von etwa 1 nm. Atome schließlich sind etwa 0,1 nm groß. Lichtmikroskope können zur Betrachtung von Objekten verwendet werden, die größer als 100 nm sind (so groß wie ein Grippevirus). Elektronenmikroskope sind nützlich für Materialien von 1,5 nm (größer als ein Atom) bis 1 µm (die Größe vieler Bakterien).
Abbildung 1. Die relativen Größen verschiedener mikroskopischer und nichtmikroskopischer Objekte. Man beachte, dass ein typisches Virus etwa 100 nm misst und damit zehnmal kleiner ist als ein typisches Bakterium (~1 µm), das wiederum mindestens zehnmal kleiner ist als eine typische Pflanzen- oder Tierzelle (~10-100 µm). Ein Objekt muss etwa 100 µm messen, um ohne Mikroskop sichtbar zu sein.
Tabelle 1. In der Mikrobiologie gebräuchliche Längeneinheiten
Metrische Einheit Bedeutung der Vorsilbe Metrisches Äquivalent
Meter (m) – 1 m = 100 m
Dezimeter (dm) 1/10 1 dm = 0.1 m = 10-1 m
Zentimeter (cm) 1/100 1 cm = 0.01 m = 10-2 m
Millimeter (mm) 1/1000 1 mm = 0,001 m = 10-3 m
Mikrometer (μm) 1/1.000.000 1 μm = 0.000001 m = 10-6 m
Nanometer (nm) 1/1.000.000.000 1 nm = 0,000000001 m = 10-9 m

Mikroorganismen unterscheiden sich nicht nur durch ihre Größe, sondern auch durch ihre Struktur, ihren Lebensraum, ihren Stoffwechsel und viele andere Merkmale. Während wir bei Mikroorganismen normalerweise an Einzeller denken, gibt es auch viele mehrzellige Organismen, die zu klein sind, um sie ohne Mikroskop zu sehen. Einige Mikroben, wie z. B. Viren, sind sogar azellulär (nicht aus Zellen bestehend).

Mikroorganismen finden sich in jedem der drei Lebensbereiche: Archaea, Bacteria und Eukarya. Die Mikroben in den Bereichen Bacteria und Archaea sind alle Prokaryoten (ihre Zellen haben keinen Zellkern), während die Mikroben im Bereich Eukarya Eukaryoten sind (ihre Zellen haben einen Zellkern). Einige Mikroorganismen, wie z. B. Viren, gehören zu keiner der drei Lebensdomänen. In diesem Abschnitt wird jede der großen Gruppen von Mikroben kurz vorgestellt. In späteren Kapiteln werden wir uns eingehender mit den verschiedenen Arten innerhalb jeder Gruppe befassen.

Wie groß ist ein Bakterium oder ein Virus im Vergleich zu anderen Objekten? Schauen Sie sich diese interaktive Website an, um ein Gefühl für die Größe verschiedener Mikroorganismen zu bekommen.

Prokaryotische Mikroorganismen

Bakterien sind in fast jedem Lebensraum der Erde zu finden, auch im und auf dem Menschen. Die meisten Bakterien sind harmlos oder hilfreich, aber einige sind Krankheitserreger, die bei Menschen und anderen Tieren Krankheiten verursachen. Bakterien sind prokaryotisch, da ihr genetisches Material (DNA) nicht in einem echten Zellkern untergebracht ist. Die meisten Bakterien haben Zellwände, die Peptidoglykan enthalten.

Bakterien werden oft anhand ihrer allgemeinen Form beschrieben. Übliche Formen sind kugelförmig (Kokken), stäbchenförmig (Bazillen) oder gekrümmt (Spirillum, Spirochäten oder Vibrionen). Abbildung 2 zeigt Beispiele für diese Formen.

Zu jeder Formbezeichnung gehören eine Zeichnung und eine mikroskopische Aufnahme. Coccus ist eine kugelförmige Form. Bacillus ist eine Stäbchenform. Vibrio hat die Form eines Kommas. Coccobacillus ist ein längliches Oval. Spirillum ist eine starre Spirale. Spirochäte ist eine flexible Spirale.
Abbildung 2. Häufige bakterielle Formen. Man beachte, dass Coccobacillus eine Kombination aus kugelförmig (Coccus) und stäbchenförmig (Bacillus) ist. (Credit „Coccus“: Modifikation der Arbeit von Janice Haney Carr, Centers for Disease Control and Prevention; Credit „Coccobacillus“: Modifikation der Arbeit von Janice Carr, Centers for Disease Control and Prevention; Credit „Spirochete“: Centers for Disease Control and Prevention)

Sie verfügen über ein breites Spektrum an Stoffwechselfähigkeiten und können in einer Vielzahl von Umgebungen wachsen, wobei sie unterschiedliche Nährstoffkombinationen nutzen. Einige Bakterien sind photosynthetisch, wie die sauerstoffhaltigen Cyanobakterien und die sauerstofffreien grünen Schwefel- und Nichtschwefelbakterien; diese Bakterien nutzen Energie aus dem Sonnenlicht und binden Kohlendioxid für ihr Wachstum. Andere Bakterientypen sind nicht fotosynthetisch und beziehen ihre Energie aus organischen oder anorganischen Verbindungen in ihrer Umgebung.

Archaea sind ebenfalls einzellige prokaryotische Organismen. Archaeen und Bakterien haben eine unterschiedliche Evolutionsgeschichte und unterscheiden sich erheblich in der Genetik, den Stoffwechselwegen und der Zusammensetzung ihrer Zellwände und Membranen. Im Gegensatz zu den meisten Bakterien enthalten die Zellwände von Archaeen kein Peptidoglykan, aber ihre Zellwände bestehen oft aus einer ähnlichen Substanz, dem Pseudopeptidoglykan. Wie Bakterien kommen Archaeen in fast allen Lebensräumen der Erde vor, selbst in extremen Umgebungen, die sehr kalt, sehr heiß, sehr basisch oder sehr sauer sind (Abbildung 3). Einige Archaeen leben im menschlichen Körper, aber keine von ihnen hat sich als Krankheitserreger für den Menschen erwiesen.

Ein Foto einer Wasserlache, deren Farbe sich von Orange an den Rändern zu Blau in der Mitte ändert.
Abbildung 3. Einige Archaeen leben in extremen Umgebungen, wie zum Beispiel im Morning Glory Pool, einer heißen Quelle im Yellowstone National Park. Die Farbunterschiede im Pool resultieren aus den verschiedenen Gemeinschaften von Mikroben, die bei unterschiedlichen Wassertemperaturen gedeihen können.

Denk mal drüber nach

  • Welche sind die beiden Haupttypen prokaryotischer Organismen?
  • Nennen Sie einige der charakteristischen Merkmale jeder Art.

Eukaryotische Mikroorganismen

Der Bereich Eukarya umfasst alle Eukaryoten, einschließlich ein- oder mehrzelliger Eukaryoten wie Protisten, Pilze, Pflanzen und Tiere. Das Hauptmerkmal der Eukaryoten ist, dass ihre Zellen einen Zellkern enthalten.

Protisten

Protisten sind einzellige Eukaryoten, die keine Pflanzen, Tiere oder Pilze sind. Algen und Protozoen sind Beispiele für Protisten.

Eine lichtmikroskopische Aufnahme mit schwarzem Hintergrund und leuchtenden Zellen. Die Zellen haben viele verschiedene Formen, von kreisförmig über Stapel von Rechtecken bis hin zu mandelförmig. Ein Maßstabsbalken zeigt an, wie viel Platz 100 Mikrometer in dieser Abbildung einnehmen.
Abbildung 4. Verschiedene Kieselalgen, eine Algenart, leben im jährlichen Meereis im McMurdo Sound, Antarktis. Kieselalgen haben eine Größe von 2 μm bis 200 μm und werden hier mit Hilfe der Lichtmikroskopie sichtbar gemacht. (credit: modification of work by National Oceanic and Atmospheric Administration)

Algen (Singular: Alga) sind pflanzenähnliche Protisten, die entweder ein- oder mehrzellig sein können (Abbildung 4). Ihre Zellen sind von Zellwänden umgeben, die aus Zellulose, einer Art Kohlenhydrat, bestehen. Algen sind photosynthetische Organismen, die Energie aus der Sonne gewinnen und Sauerstoff und Kohlenhydrate an ihre Umgebung abgeben. Da andere Organismen ihre Abfallprodukte zur Energiegewinnung nutzen können, sind Algen ein wichtiger Bestandteil vieler Ökosysteme. Viele Verbraucherprodukte enthalten von Algen abgeleitete Inhaltsstoffe wie Carrageen oder Alginsäure, die in einigen Marken von Eiscreme, Salatdressing, Getränken, Lippenstift und Zahnpasta enthalten sind. Ein Algenderivat spielt auch im mikrobiologischen Labor eine wichtige Rolle. Agar, ein aus Algen gewonnenes Gel, kann mit verschiedenen Nährstoffen gemischt und zum Wachstum von Mikroorganismen in einer Petrischale verwendet werden. Algen werden auch als mögliche Quelle für Biokraftstoffe entwickelt.

Protozoen (Einzahl: Protozoen) sind Protisten, die das Rückgrat vieler Nahrungsnetze bilden, indem sie Nährstoffe für andere Organismen liefern. Protozoen sind sehr vielfältig. Einige Protozoen bewegen sich mit Hilfe von haarähnlichen Strukturen, den Zilien, oder peitschenähnlichen Strukturen, den Geißeln. Andere strecken einen Teil ihrer Zellmembran und ihres Zytoplasmas aus, um sich vorwärts zu bewegen. Diese Zytoplasmaerweiterungen werden Pseudopoden („falsche Füße“) genannt. Einige Protozoen sind photosynthetisch, andere ernähren sich von organischem Material. Einige sind freilebend, während andere parasitisch sind und nur überleben können, indem sie einem Wirtsorganismus Nährstoffe entziehen. Die meisten Protozoen sind harmlos, aber einige sind Krankheitserreger, die bei Tieren oder Menschen Krankheiten hervorrufen können (Abbildung 5).

Eine mikroskopische REM-Aufnahme zeigt eine dreieckige Zelle mit drei langen, dünnen Vorsprüngen; einer am Ende und zwei in der Mitte der Zelle. Die Zelle ist etwa 3 x 8 µm groß.
Abbildung 5. Giardia lamblia, ein protozoischer Darmparasit, der Menschen und andere Säugetiere infiziert und schwere Durchfälle verursacht. (credit: Modifikation einer Arbeit der Centers for Disease Control and Prevention)

Pilze

Pilze (Singular: Pilz) sind ebenfalls Eukaryoten. Einige mehrzellige Pilze, wie z.B. Pilze, ähneln Pflanzen, aber sie sind eigentlich ganz anders. Pilze sind nicht photosynthetisch, und ihre Zellwände bestehen normalerweise aus Chitin und nicht aus Zellulose.

Eine lichtmikroskopische Aufnahme mit klarem Hintergrund und blauen Zellen. Eine lange Reihe von Zellen bildet einen zentralen Strang. Daran angehängt sind Cluster aus vielen kugelförmigen Zellen. Jede Zelle ist etwa 5 µm groß und enthält einen Zellkern.
Abbildung 6. Candida albicans ist ein einzelliger Pilz oder eine Hefe. Er ist der Erreger vaginaler Hefepilzinfektionen sowie von Mundsoor, einer Hefepilzinfektion im Mund, von der häufig Kleinkinder betroffen sind. Die Morphologie von C. albicans ähnelt der von Kokkenbakterien; Hefe ist jedoch ein eukaryotischer Organismus (man beachte die Zellkerne) und viel größer. (credit: Modifikation einer Arbeit der Centers for Disease Control and Prevention)

Zweizellige Pilze – Hefen – gehören zum Fachgebiet der Mikrobiologie. Es gibt mehr als 1000 bekannte Arten. Hefen sind in vielen verschiedenen Umgebungen zu finden, von der Tiefsee bis zum menschlichen Nabel. Einige Hefen haben einen nützlichen Nutzen, z. B. lassen sie Brot aufgehen und Getränke gären; Hefen können aber auch Lebensmittel verderben lassen. Einige verursachen sogar Krankheiten, wie vaginale Hefepilzinfektionen und Mundsoor (Abbildung 6).

Andere Pilze, die für Mikrobiologen von Interesse sind, sind mehrzellige Organismen, die Schimmelpilze genannt werden. Schimmelpilze bestehen aus langen Fäden, die sichtbare Kolonien bilden (Abbildung 7). Schimmelpilze kommen in vielen verschiedenen Umgebungen vor, von der Erde über verrottende Lebensmittel bis hin zu feuchten Toilettenecken. Schimmelpilze spielen eine wichtige Rolle bei der Zersetzung von toten Pflanzen und Tieren. Einige Schimmelpilze können Allergien auslösen, andere produzieren krankheitsverursachende Stoffwechselprodukte, sogenannte Mykotoxine. Schimmelpilze wurden zur Herstellung von Arzneimitteln verwendet, darunter Penicillin, eines der am häufigsten verschriebenen Antibiotika, und Cyclosporin, das zur Verhinderung der Abstoßung von Organen nach einer Transplantation eingesetzt wird.

Ein Foto einer Kiste mit verschimmelten Orangen.
Abbildung 7. Große Kolonien von mikroskopisch kleinen Pilzen können oft mit bloßem Auge beobachtet werden, wie auf der Oberfläche dieser schimmeligen Orangen.

Denken Sie darüber nach

  • Nennen Sie zwei Arten von Protisten und zwei Arten von Pilzen.
  • Nenne einige der charakteristischen Merkmale jeder Art.

Helminthen

Mehrzellige parasitische Würmer, die Helminthen genannt werden, sind technisch gesehen keine Mikroorganismen, da die meisten groß genug sind, um sie ohne Mikroskop zu sehen. Dennoch fallen diese Würmer in den Bereich der Mikrobiologie, da von Helminthen verursachte Krankheiten mikroskopisch kleine Eier und Larven beinhalten. Ein Beispiel für einen Helminthen ist der Guineawurm (Dracunculus medinensis), der Schwindel, Erbrechen, Durchfall und schmerzhafte Geschwüre an den Beinen und Füßen verursacht, wenn der Wurm sich seinen Weg aus der Haut bahnt (Abbildung 8). Die Infektion erfolgt in der Regel, wenn eine Person Wasser trinkt, das Wasserflöhe enthält, die mit Guineawurmlarven infiziert sind. Mitte der 1980er Jahre gab es schätzungsweise 3,5 Millionen Fälle von Perlwurmkrankheit, aber die Krankheit ist inzwischen weitgehend ausgerottet. Im Jahr 2014 wurden nur noch 126 Fälle gemeldet, dank der koordinierten Bemühungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und anderer Gruppen, die sich für die Verbesserung der Trinkwasserhygiene einsetzen.

Abbildung a ist ein Foto eines langen, flachen, weißen Wurms, der sich auf einem schwarzen Hintergrund hin und her bewegt. Abbildung b zeigt eine Läsion bei einem Patienten. Ein Wurm wird aus der Läsion herausgezogen und um ein Streichholz gewickelt
Abbildung 8. (a) Der Rinderbandwurm, Taenia saginata, infiziert sowohl Rinder als auch Menschen. Die Eier von T. saginata sind mikroskopisch klein (ca. 50 µm), aber erwachsene Würmer wie der hier gezeigte können 4-10 m lang werden und sich im Verdauungstrakt niederlassen. (b) Ein erwachsener Perlwurm, Dracunculus medinensis, wird durch eine Hautläsion des Patienten entfernt, indem er um ein Streichholz gewickelt wird. (credit a, b: Modifikation einer Arbeit der Centers for Disease Control and Prevention)

Viren

Viren sind azelluläre Mikroorganismen, das heißt, sie bestehen nicht aus Zellen. Im Wesentlichen besteht ein Virus aus Proteinen und genetischem Material – entweder DNA oder RNA, aber nie beides -, die außerhalb eines Wirtsorganismus inert sind. Indem sie sich jedoch in eine Wirtszelle einnisten, sind Viren in der Lage, die zellulären Mechanismen des Wirts zu übernehmen, um sich zu vermehren und andere Wirte zu infizieren.

Viren können alle Arten von Zellen infizieren, von menschlichen Zellen bis hin zu den Zellen anderer Mikroorganismen. Beim Menschen sind Viren für zahlreiche Krankheiten verantwortlich, von der Erkältung bis zum tödlichen Ebola (Abbildung 9). Viele Viren verursachen jedoch keine Krankheiten.

Abbildung A ist eine TEM-Mikroaufnahme, die große Kreise mit vielen kleinen Vorsprüngen zeigt, die vom Rand der Kreise nach außen ragen. Ein Maßstabsbalken zeigt, wie groß 50 Nanometer im Verhältnis zu dieser Aufnahme sind. Abbildung B ist eine TEM-Aufnahme, die lange rote Stränge zeigt, die eine knotenartige Struktur bilden.
Abbildung 9. (a) Mitglieder der Coronavirus-Familie können Atemwegsinfektionen wie die gewöhnliche Erkältung, das schwere akute Atemwegssyndrom (SARS) und das Middle East Respiratory Syndrome (MERS) verursachen. Hier werden sie unter einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) betrachtet. (b) Ebolavirus, ein Mitglied der Filovirus-Familie, sichtbar gemacht mit einem TEM. (credit a: Modifikation einer Arbeit der Centers for Disease Control and Prevention; credit b: Modifikation einer Arbeit von Thomas W. Geisbert)

Denken Sie darüber nach

  • Sind Helminthen Mikroorganismen? Erkläre, warum oder warum nicht.
  • Wie unterscheiden sich Viren von anderen Mikroorganismen?
Eine Person auf einem Feld misst ein Ei.
Abbildung 10. Ein Virologe entnimmt Eier aus diesem Nest, um sie auf das Influenza-A-Virus zu testen, das bei Vögeln die Vogelgrippe verursacht. (credit: U.S. Fish and Wildlife Service)

Mikrobiologie als Fachgebiet

Mikrobiologie ist ein weit gefasster Begriff, der das Studium aller verschiedenen Arten von Mikroorganismen umfasst. In der Praxis spezialisieren sich Mikrobiologen jedoch in der Regel auf eines von mehreren Teilgebieten. Die Bakteriologie befasst sich beispielsweise mit Bakterien, die Mykologie mit Pilzen, die Protozoologie mit Protozoen, die Parasitologie mit Helminthen und anderen Parasiten und die Virologie mit Viren (Abbildung 10).

Die Immunologie, die Lehre vom Immunsystem, wird oft in die Mikrobiologie einbezogen, da die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Erreger für unser Verständnis von Infektionskrankheiten von zentraler Bedeutung sind. Mikrobiologen können sich auch auf bestimmte Bereiche der Mikrobiologie spezialisieren, wie z.B. klinische Mikrobiologie, Umweltmikrobiologie, angewandte Mikrobiologie oder Lebensmittelmikrobiologie.

In diesem Lehrbuch befassen wir uns in erster Linie mit klinischen Anwendungen der Mikrobiologie, aber da die verschiedenen Teilgebiete der Mikrobiologie stark miteinander verbunden sind, werden wir oft auch Anwendungen besprechen, die nicht streng klinisch sind.

Bioethik in der Mikrobiologie

In den 1940er Jahren suchte die US-Regierung nach einer Lösung für ein medizinisches Problem: die Verbreitung von sexuell übertragbaren Krankheiten (STDs) unter Soldaten. Mehrere inzwischen berühmt gewordene, von der Regierung finanzierte Studien untersuchten gängige Geschlechtskrankheiten und deren Behandlung an Menschen. In einer dieser Studien setzten amerikanische Forscher mehr als 1300 Menschen in Guatemala absichtlich Syphilis, Gonorrhö und Chancroid aus, um die Fähigkeit von Penicillin und anderen Antibiotika zur Bekämpfung dieser Krankheiten zu ermitteln. Zu den Studienteilnehmern gehörten guatemaltekische Soldaten, Gefangene, Prostituierte und Psychiatriepatienten, die nicht darüber informiert wurden, dass sie an der Studie teilnahmen. Die Forscher setzten die Probanden durch verschiedene Methoden sexuell übertragbaren Krankheiten aus, von der Erleichterung des Geschlechtsverkehrs mit infizierten Prostituierten bis hin zur Impfung der Probanden mit den Bakterien, die bekanntermaßen diese Krankheiten verursachen. Bei der letztgenannten Methode wurde den Probanden eine kleine Wunde an den Genitalien oder an einer anderen Körperstelle zugefügt, in die dann direkt Bakterien eingebracht wurden. Im Jahr 2011 stellte eine mit der Untersuchung des Experiments beauftragte Kommission der US-Regierung fest, dass nur ein Teil der Versuchspersonen mit Penicillin behandelt wurde und dass bis 1953 83 Versuchspersonen starben, wahrscheinlich als Folge der Studie.

Bedauerlicherweise ist dies eines von vielen schrecklichen Beispielen für mikrobiologische Experimente, die gegen grundlegende ethische Standards verstoßen haben. Selbst wenn diese Studie zu einem lebensrettenden medizinischen Durchbruch geführt hätte (was nicht der Fall war), würden nur wenige bestreiten, dass die Methoden ethisch einwandfrei oder moralisch vertretbar waren. Aber nicht jeder Fall ist so eindeutig. Fachleute, die im klinischen Bereich tätig sind, werden häufig mit ethischen Dilemmata konfrontiert, z. B. wenn sie mit Patienten arbeiten, die einen Impfstoff oder eine lebensrettende Bluttransfusion ablehnen. Dies sind nur zwei Beispiele für Entscheidungen über Leben und Tod, die sich mit den religiösen und philosophischen Überzeugungen sowohl des Patienten als auch des medizinischen Fachpersonals überschneiden können.

Ganz gleich, wie edel das Ziel auch sein mag, mikrobiologische Studien und die klinische Praxis müssen von einer Reihe ethischer Grundsätze geleitet werden. Studien müssen mit Integrität durchgeführt werden. Patienten und Versuchspersonen müssen eine informierte Einwilligung geben (sie müssen nicht nur der Behandlung oder Untersuchung zustimmen, sondern auch nachweisen, dass sie den Zweck der Studie und die damit verbundenen Risiken verstehen). Die Rechte der Patienten müssen respektiert werden. Die Verfahren müssen von einem institutionellen Prüfungsausschuss genehmigt werden. Bei der Arbeit mit Patienten sind genaue Aufzeichnungen, ehrliche Kommunikation und Vertraulichkeit von größter Bedeutung. Tiere, die zu Forschungszwecken verwendet werden, müssen human behandelt werden, und alle Protokolle müssen von einem institutionellen Ausschuss für Tierpflege und -nutzung genehmigt werden. Dies sind nur einige der ethischen Grundsätze, die in den „Eye on Ethics“-Kästen in diesem Buch behandelt werden.

Klinischer Schwerpunkt: Cora, Auflösung

Dieses Beispiel bildet den Abschluss von Coras Geschichte, die in Was unsere Vorfahren wussten und Ein systematischer Ansatz begann.

Coras Liquorproben zeigen keine Anzeichen einer Entzündung oder Infektion, wie man es bei einer Virusinfektion erwarten würde. Sie weist jedoch eine hohe Konzentration eines bestimmten Proteins, des 14-3-3-Proteins, in ihrem Liquor auf. Ein Elektroenzephalogramm (EEG) ihrer Gehirnfunktion ist ebenfalls abnormal. Das EEG ähnelt dem eines Patienten mit einer neurodegenerativen Krankheit wie Alzheimer oder Huntington, doch Coras schneller kognitiver Verfall passt zu keiner dieser Krankheiten. Stattdessen kommt ihr Arzt zu dem Schluss, dass Cora an der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) leidet, einer Form der transmissiblen spongiformen Enzephalopathie (TSE).

CJD ist eine extrem seltene Krankheit, von der es in den Vereinigten Staaten nur etwa 300 Fälle pro Jahr gibt. Sie wird nicht durch ein Bakterium, einen Pilz oder ein Virus verursacht, sondern durch Prionen, die sich nicht in eine bestimmte Kategorie von Mikroben einordnen lassen. Wie Viren sind Prionen nicht im Stammbaum des Lebens zu finden, da sie azellulär sind. Prionen sind extrem klein, etwa ein Zehntel so groß wie ein typisches Virus. Sie enthalten kein genetisches Material und bestehen ausschließlich aus einer Art abnormalem Protein.

CJD kann verschiedene Ursachen haben. Sie kann durch den Kontakt mit dem Gehirn- oder Nervensystemgewebe einer infizierten Person oder eines infizierten Tieres erworben werden. Der Verzehr von Fleisch eines infizierten Tieres ist eine Möglichkeit, wie eine solche Exposition erfolgen kann. In seltenen Fällen wurde die CJK auch durch den Kontakt mit kontaminierten chirurgischen Geräten sowie durch Hornhaut- und Wachstumshormonspender übertragen, die unwissentlich an CJK erkrankt waren. In seltenen Fällen wird die Krankheit durch eine spezifische genetische Mutation ausgelöst, die manchmal vererbt werden kann. Bei etwa 85 % der Patienten mit CJK tritt die Krankheit jedoch spontan (oder sporadisch) und ohne erkennbare Ursache auf. Aufgrund ihrer Symptome und ihres raschen Fortschreitens wird bei Cora eine sporadische CJK diagnostiziert.

Zum Leidwesen von Cora ist die CJK eine tödliche Krankheit, für die es keine zugelassene Behandlung gibt. Ungefähr 90 % der Patienten sterben innerhalb eines Jahres nach der Diagnose. Ihre Ärzte konzentrieren sich darauf, ihre Schmerzen und kognitiven Symptome zu lindern, während ihre Krankheit fortschreitet. Acht Monate später stirbt Cora. Ihre CJD-Diagnose wird durch eine Gehirnautopsie bestätigt.

Schlüsselkonzepte und Zusammenfassung

  • Mikroorganismen sind sehr vielfältig und kommen in allen drei Lebensbereichen vor: Archaea, Bacteria und Eukarya.
  • Archaea und Bakterien werden als Prokaryoten eingestuft, weil sie keinen Zellkern haben. Archaeen unterscheiden sich von Bakterien durch ihre Evolutionsgeschichte, ihre Genetik, ihre Stoffwechselwege und ihre Zellwand- und Membranzusammensetzung.
  • Archaeen bewohnen fast jede Umgebung auf der Erde, aber keine Archaeen sind als menschliche Krankheitserreger identifiziert worden.
  • Zu den Eukaryoten, die in der Mikrobiologie untersucht werden, gehören Algen, Protozoen, Pilze und Helminthen.
  • Algen sind pflanzenähnliche Organismen, die entweder ein- oder mehrzellig sein können und ihre Energie durch Photosynthese gewinnen.
  • Protozoen sind einzellige Organismen mit komplexen Zellstrukturen; die meisten sind beweglich.
  • Zu den mikroskopischen Pilzen gehören Schimmelpilze und Hefen.
  • Helminthen sind mehrzellige parasitäre Würmer. Sie gehören zum Bereich der Mikrobiologie, weil ihre Eier und Larven oft mikroskopisch klein sind.
  • Viren sind azelluläre Mikroorganismen, die einen Wirt benötigen, um sich zu vermehren.
  • Das Gebiet der Mikrobiologie ist sehr breit gefächert. Mikrobiologen spezialisieren sich in der Regel auf eines der vielen Teilgebiete, aber alle Angehörigen der Gesundheitsberufe benötigen eine solide Grundlage in klinischer Mikrobiologie.

Multiple Choice

Welcher der folgenden Typen von Mikroorganismen ist photosynthetisch?

  1. Hefe
  2. Virus
  3. Wurm
  4. Algen

Antwort anzeigen
Antwort d. Algen sind photosynthetisch.

Welcher der folgenden ist ein prokaryotischer Mikroorganismus?

  1. Wurm
  2. Protozoon
  3. Cyanobakterium
  4. Schimmel

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Antwort c. Cyanobakterium ist ein prokaryotischer Mikroorganismus.

Welcher der folgenden ist azellulär?

  1. Virus
  2. Bakterium
  3. Pilz
  4. Protozoon

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Antwort a. Viren sind azellulär.

Welcher der folgenden ist eine Art von pilzlichen Mikroorganismen?

  1. Bakterium
  2. Protozoon
  3. Alge
  4. Hefe

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Antwort d. Hefe ist eine Art von Pilzmikroorganismus.

Welcher der folgenden Bereiche ist kein Teilgebiet der Mikrobiologie?

  1. Bakteriologie
  2. Botanik
  3. Klinische Mikrobiologie
  4. Virologie

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Antwort b. Botanik ist kein Teilgebiet der Mikrobiologie.

Fill in the Blank

Ein ________ ist ein krankheitsverursachender Mikroorganismus.

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Ein Krankheitserreger ist ein krankheitsverursachender Mikroorganismus.

Multizelluläre parasitäre Würmer, die von Mikrobiologen untersucht werden, nennt man ___________.

Antwort anzeigen
Multizelluläre parasitäre Würmer, die von Mikrobiologen untersucht werden, nennt man Helminthen.

Das Studium der Viren ist ___________.

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Das Studium der Viren ist die Virologie.

Den Zellen prokaryontischer Organismen fehlt ein _______.

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Den Zellen prokaryontischer Organismen fehlt ein Zellkern.

Denke darüber nach

  1. Beschreibe die Unterschiede zwischen Bakterien und Archaeen.
  2. Nenne drei Strukturen, die verschiedene Protozoen zur Fortbewegung benutzen.
  3. Beschreibe die tatsächliche und relative Größe eines Virus, eines Bakteriums und einer pflanzlichen oder tierischen Zelle.
  4. Vergleiche das Verhalten eines Virus außerhalb und innerhalb einer Zelle.
  5. Wo würden ein Virus, ein Bakterium, eine tierische Zelle und ein Prion in diesem Diagramm hingehören?

Ein Balken am unteren Rand zeigt die Größe der verschiedenen Objekte an. Ganz rechts ist ein Ei von ca. 1 mm. Auf der linken Seite sind ein menschliches Ei und ein Pollenkorn mit einer Größe von etwa 0,1 mm zu sehen. Dann folgt ein rotes Blutkörperchen mit einer Größe von knapp 10 µm. Danach folgt ein Mitochondrium mit etwa 1 µm. Danach folgen Proteine mit einer Größe von 5-10 nm. Danach folgen Lipide mit einer Größe von 2-5 nm. Dann folgt C60 (Fullerenmolekül) mit einer Größe von etwa 1 nm. Schließlich sind Atome etwa 0,1 nm groß.

  1. P. Rudge et al. „Iatrogenic CJD Due to Pituitary-Derived Growth Hormone With Genetically Determined Incubation Times of Up to 40 Years.“ Brain 138 no. 11 (2015): 3386-3399. ↵
  2. Kara Rogers. „Guatemala Syphilis Experiment: American Medical Research Project“. Encylopaedia Britannica. http://www.britannica.com/event/Guatemala-syphilis-experiment. Accessed June 24, 2015. ↵
  3. Susan Donaldson James. „Syphilis-Experimente schockieren, aber auch Medikamentenversuche in der Dritten Welt“. ABC World News. August 30, 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatemala-syphilis-experiments-shock-us-drug-trials-exploit/story?id=14414902. Accessed June 24, 2015. ↵
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