Bakterien - Aufbau, Lebensweise und Erkrankungen

Bakterien (Einzahl: Bakterium oder Bakterie) sind Mikroorganismen, die aus nur einer einzigen Zelle bestehen. Sie zählen zu den „Prokaryonten“, welche im Gegensatz zu den Eukaryonten (den Zellen, die in menschlichen, tierischen und pflanzlichen Organismen vorkommen) keinen echten Zellkern besitzen.
Das Wort „Prokaryont“ bedeutet so viel wie Kernersatz: Statt des für Eukaryonten typischen Zellkerns, der durch eine doppelte Membran von seiner Umgebung abgegrenzt ist, spricht man bei Bakterien von einem Kernäquivalent.

Das Erbgut (DNA), welches sich bei anderen Organismen im Zellkern befindet, liegt bei Bakterien frei im Zellwasser (Zytoplasma) vor. Diese DNA ist beim Bakterium ein strangförmiges Molekül, das Bakterienchromosom.
Oftmals schwimmt es allerdings nicht einfach so herum, sondern ist an der Zellmembran befestigt. Zellmembran, Zytoplasma, DNA und die Ribosomen (kleinste Proteinstrukturen, die notwendig sind für die Proteinbiosynthese) sind in jeder Bakterienzelle zu finden.
Weitere Organellen, die jedoch nur bei manchen Bakterien vorkommen, sind eine Zellwand, eine äußere Zellmembran, Flagellen (zur Fortbewegung), Pili (zur Anheftung an Grenzflächen), Plasmide (kleine DNA-Fragmente, die unter Bakterien ausgetauscht werden können und so einen wichtigen Beitrag zur Entstehung von Resistenzen und dem Gentransfer leisten), eine Schleimhülle und Bläschen (Vesikel), die Gas enthalten.

Neben den Bakterien sind auch Pilze wichtige potentielle Erreger von Krankheiten. Lesen Sie hierzu auch unseren Artikel zu Pilzen.

Bakterien sind kleine Mikroorganismen mit einer Größe von rund 0,6 bis 1,0 µm.
Sie können verschiedenste äußere Formen wie kugelförmig, zylinderförmig oder wendelförmig aufweisen.
In ihrem inneren Aufbau sind sie jedoch alle ähnlich. Bakterien bestehen nur aus einer einzigen Zelle. In dieser Zelle befindet sich das Bakterienchromosom, welches das Erbgut des Bakteriums, die DNA, darstellt. Diese DNA ist rund 1,5 Millimeter lang und ringförmig. Die DNA schwimmt frei im Zellwasser, dem Zytosol.
Bakterien besitzen also keinen echten Zellkern und werden deshalb zu den sogenannten Prokaryonten gezählt.
Im Zellwasser befinden sich noch weitere Strukturen, die man als Zellorganellen bezeichnet. Zellwasser und Zellorganellen bezeichnet man zusammen als Zytoplasma. Zellorganellen sind zum Beispiel Ribosomen und Plasmide.
Ein Ribosom ist ein Protein, welches das Bakterium zur Bildung weiterer Proteine benötigt. Ein Plasmid ist ein kleines DNA-Fragment, welches zusätzliche genetische Informationen, zum Beispiel Resistenzgene, enthält.
Bakterien können Plasmide untereinander austauschen und so ihre DNA auf andere Bakterien übertragen.
Das Zellwasser wird durch eine Zellwand begrenzt. Durch die Zellwand wird die äußere Form des Bakteriums aufrechterhalten und ein Schutz vor äußeren Einflüssen (andere Bakterien, schlechte Umweltbedingungen) gewährleistet. Zum weiteren Schutz werden einige Bakterien zusätzlich von einer Kapsel umgeben. Die bakterielle Zellwand besteht zu einem großen Teil aus Murein, einem Mehrfachzucker mit netzartiger Struktur. Das Netz aus mehreren Lagen Murein umhüllt die gesamte Zelle. Einige Bakterien tragen noch weitere Stoffe in ihrer Zellwand, wie zum Beispiel bestimmte Proteine und Fettsäuren. Diese können eine krankmachende Wirkung auf den menschlichen Körper haben und zum Beispiel Fieber auslösen.
Innen ist die Zellwand von einer Zellmembran ausgekleidet. Einstülpungen dieser Zellmembran werden als Mesosom bezeichnet und dienen der Oberflächenvergrößerung. Von der Zellwand gehen Zellfortsätze, die sogenannten Pili aus. Pili dienen dem Bakterium zur Anheftung an andere Bakterien oder Zellen. Einige Bakterien tragen zur Fortbewegung gewundene Proteinfäden, die sogenannten Flagellen. Unter Energieverbrauch bewegen sich diese wie ein Propeller. Je nach Bakterienart können mehr als 12 Flagellen vorhanden sein.

Lesen Sie mehr zum Thema unter: Zellmembran

Bakterien können sich (anders als Viren) eigenständig vermehren. Dies geschieht durch eine einfache asexuelle Zweiteilung in der Regel durch Querteilung, Knospung oder Sprossung. Die beiden neu entstandenen Zellen wachsen daraufhin jeweils zu einem vollwertigen Bakterium heran.

Da diese Vermehrung jedoch eben asexuell erfolgt, also eigentlich immer zwei dem zuvor existierenden Bakterium identische Klone entstehen, müssen sich Bakterien anderer Mechanismen bedienen, um einen Gentransfer zu erzielen.
Hier unterscheidet man drei Formen.

Zum einen gibt es die Konjugation, von der besonders die Gram-negativen Bakterien (s.u.) Gebrauch machen. Diese Art benutzen Bakterien, die sogenannte „Sexpili“ besitzen. Über diese Proteine kann eine Brücke zwischen zwei Bakterien ausgebildet werden, über welche sich DNA direkt von dem einen in das andere Bakterium übertragen lässt.
Gram-positive Bakterien praktizieren eher die Transduktion, eine Methode, bei der sich die Bakterien bestimmte Viren, die Bakteriophagen, zunutze machen. Diese nehmen bakterielle DNA auf und lassen sie dann einem anderen Bakterium zukommen.
Die Transformation, die sich allerdings nur sehr selten finden lässt, beruht auf der direkten Aufnahme von nackter DNA.

Die Übertragung von Bakterien kann auf drei verschiedene Wege stattfinden: Entweder durch direkten Kontakt (Körperkontakt, Nahrung oder infizierte Gegenstände), über die Luft durch eine sogenannte Tröpfcheninfektion (zum Beispiel durch Niesen oder Husten) oder über Körperflüssigkeiten wie Blut, Sperma- oder Vaginalsekret.

In der Medizin ist die Kenntnis von Bakterien und ihren Eigenschaften von ausgesprochener Wichtigkeit, da sie sowohl für den Zustand der Gesundheit als auch den der Krankheit eine große Rolle spielen.

Einige Bakterien sind für den Menschen lebensnotwendig. So gibt es zum Beispiel Bakterien, die sich im Dickdarm befinden, die zu einer normalen Verdauung und dem menschlichen Abwehrsystem einen wichtigen Beitrag leisten.
Knapp 99% der Bakterien, die im menschlichen Körper zu finden sind, leben im Darm, was deren Wichtigkeit an dieser Stelle deutlich macht.
Man schätzt, dass sich im Darm des Menschen etwa 1014 Bakterien befinden. Auch im Eingang der weiblichen Scheide befindet sich eine Vielzahl von Bakterien, die das Eindringen von Krankheitserregern über diese Körperöffnung verhindert. Auch im Mund-Rachen-Bereich und auf unserer Haut leben diverse Bakterien, die dem Menschen allerdings nicht schaden und dafür sorgen, dass sich keine potenziell krankheitsverursachenden Bakterien dort ausbreiten können.

Andererseits gibt es auch eine Unzahl von Bakterien, die für die unterschiedlichsten und zum Teil lebensgefährlichen Krankheiten verantwortlich sind. So verursachen Bakterien Entzündungen praktisch aller Organe (Blasenentzündungen, Lungenentzündungen, Entzündungen der Knochenhaut usw.), können Wunden infizieren oder sogar eine Blutvergiftung (Sepsis) auslösen.

Der Magen ist ein Teil des Verdauungstraktes. Als Hohlorgan kann der Magen die aufgenommene Nahrung vorübergehend speichern und beginnen sie mit seiner starken Muskelschicht zu zerkleinern. Der Magen produziert außerdem einen sauren Magensaft mit dem die Nahrung vermengt und weiter zersetzt wird. Dieser saure Magensaft verhindert, dass Bakterien im Magen überleben können und bietet daher Schutz vor Infektionen. Es ist deshalb prinzipiell kein Wachstum von Bakterien im Magen möglich.
Eine Ausnahme stellt allerdings ein bestimmtes Bakterium, der sogenannte Helicobacter pylori, dar. Dabei handelt es sich um ein kleines stäbchenförmiges Bakterium, welches aufgrund einer Ausstattung mit bestimmten Stoffen den sauren Magensaft neutralisieren und somit die Magenschleimhaut besiedeln und im Magen überleben kann. Eine Besiedlung des Magens mit Helicbacter pylori ist nicht selten. In Deutschland trägt jeder vierte Erwachsene das Bakterium in sich. Somit gehört die Infektion mit Helicobacter pylori zu den häufigsten bakteriellen Infektionen.

Symptome
Ein Patient mit einer Helicobacter pylori Infektion ist oft über Jahre beschwerdefrei. Auf Dauer kann es jedoch zu einer starken Reizung der Magenschleimhaut kommen, da sich genau hier das Bakterium einnistet und weiter vermehrt. Durch die andauernde Reizung kann es zu einer Entzündung der Magenschleimhaut kommen, einer sogenannten Gastritis. Typische Beschwerden bei einer solchen Entzündung der Magenschleimhaut sind Schmerzen im Oberbauch, sowie ein Druck- oder Völlegefühl im Oberbauch. Weiterhin kann es zu Übelkeit, Erbrechen und Appetitlosigkeit kommen. Mit andauernder Entzündung der Magenschleimhaut, steigt außerdem das Risiko an einem Magengeschwür zu erkranken. Weiterhin begünstigt eine Infektion mit Helicobacter pylori die Entstehung von Magenkrebs. Um der Entstehung einer Entzündung der Magenschleimhaut vorzubeugen, sollte daher jeder Verdacht auf eine Helicobacter pylori Infektion genau abgeklärt werden.

Diagnose
Mithilfe einer Probeentnahme von Magenschleimhaut des Patienten, kann das Bakterium direkt nachgewiesen werden. Desweiteren können verschiedene Tests in Blut, Stuhl und Ausatemluft des Patienten Hinweise auf eine Infektion mit dem Bakterium im Magen geben.

Therapie
Das Ziel der Behandlung der Helicobacter pylori Infektion ist die vollständige Elimination des Bakteriums im Magen. Dies erfolgt mit einer Kombination aus zwei Antibiotika-Präparaten und einem Medikament, welches die Produktion von saurem Magensaft hemmt, einem sogenannten Säureblocker. Die Behandlung des Bakteriums im Magen wird daher auch Triple-Therapie genannt. Diese Triple-Therapie ist die gängigste Therapieform und in ca. 70 Prozent der Fälle erfolgreich.

Breiten sich von einem lokalen Krankheitsherd Bakterien in die Blutbahn aus, kommt es zu einer Sepsis. Umgangssprachlich bezeichnet man diese als Blutvergiftung. Bei einer Sepsis gelangen Bakterien über die Blutbahn in den gesamten Körper und können dann potenziell jedes Organ schädigen.

Ursachen
Normalerweise ist das menschliche Immunsystem in der Lage eingedrungene Bakterien zu bekämpfen und das weitere Wachstum der Bakterien einzudämmen. In manchen Fällen ist die Funktion des Immunsystems aber eingeschränkt oder die Erreger einfach zu aggressiv, sodass die Abwehrmechanismen versagen. Es gelingt dem Körper nicht die Infektion auf den Ursprungsort zu begrenzen und die Erreger können sich über die Blutbahn ausbreiten.

Diagnose
Ob Erreger ins Blut übergetreten sind, lässt sich mithilfe einer Blutkultur feststellen. Bei dieser Untersuchung wird dem Patienten Blut abgenommen und dieses auf verschiedene Nährböden übertragen. Anschließend wird das Wachstum der Bakterien beobachtet. Je nachdem auf welchem Nährboden die Bakterien dann wachsen, kann zugeordnet werden, welches Bakterium sich im Blut befindet. Somit kann gezielter behandelt werden. Weiterhin kann das Blut auf sogenannte Entzündungsparameter untersucht werden. Zu diesen gehören beispielsweise die Anzahl der weißen Blutkörperchen oder Blutsenkungsgeschwindigkeit. Diese sind allerdings unspezifisch und geben nur einen Hinweis darauf, ob eine Infektion vorliegt oder nicht.

Symptome
Der Krankheitsherd kann an unterschiedlichen Stellen des Körpers liegen und somit auch verschiedenste Symptome mit sich bringen. Breitet sich die Infektion in die Blutbahn aus zeigen sich Beschwerden wie Fieber, Schüttelfrost, Erhöhung der Herz- und Atemfrequenz, ein Abfallen des Blutdrucks, Sauerstoffmangel, sowie eine Hirnschädigung. Die Betroffenen sind schwer krank.

Therapie
Haben sich die Bakterien im Blut ausgebreitet und es liegt eine Sepsis vor, werden die Betroffenen auf einer Intensivstation behandelt, da sich die Funktion der Organe jederzeit verschlechtern kann. Es handelt sich um eine potenziell lebensgefährliche Situation. Entscheidend für den Verlauf sind eine frühe Gabe von Infusionen mit Flüssigkeit und eine frühe Behandlung mit Antibiotika. Je nach Ausmaß der Organschädigung können auch eine künstliche Beatmung und künstliche Ernährung erforderlich werden. Die Prognose ist schlecht. Trotz Therapie versterben heutzutage noch rund 30 bis 50 Prozent der Betroffenen an Organversagen.

Lesen Sie mehr zum Thema: Bakterien im Blut

Kinderkrankheiten sind ansteckende Infektionskrankheiten, die bei den meisten Menschen bereits im Kindesalter auftreten. Ausgelöst werden diese Kinderkrankheiten durch Bakterien oder Viren. Kinderkrankheiten können schwere Verläufe zeigen und sogar lebensbedrohlich sein. Diese schweren Verläufe sind jedoch aufgrund von Impfungen und der Behandlungsmöglichkeit mit Antibiotika sehr viel seltener geworden.

Übertragungsweg
Viele Kinderkrankheiten werden durch Tröpfcheninfektion übertragen. Eine weitere Möglichkeit der Übertragung ist die Schmier- oder Kontaktinfektion. Es kommt dann insbesondere in Gruppen mit vielen Kindern (Kindergarten, Schule) zur Übertragung der Krankheit auf andere Kinder. Auch eine Übertragung auf Erwachsene ist auf diese Weisen möglich. Der Zeitraum in dem erkrankte Kinder, die Krankheit übertragen, also ansteckend sind, hängt von der Krankheit ab und kann sehr unterschiedlich sein. Häufig sind Kinder schon ansteckend, wenn sie sich selbst noch nicht krank fühlen und sie sind noch ansteckend, wenn die Behandlung der Kinderkrankheit schon begonnen hat.

Beispiele
Beispiele für typische Kinderkrankheiten, die durch Bakterien ausgelöst werden, sind Scharlach, Keuchhusten und Diphtherie.

Symptome
Scharlach zeichnet sich durch einen Hautausschlag am ganzen Körper, die typisch gerötete Zunge (Erdbeerzunge), sowie Fieber, Kopfschmerzen und Halsschmerzen aus.
Auch beim Keuchhusten können Kopfschmerzen und Halsschmerzen auftreten. Charakteristisch für den Keuchhusten sind allerdings die krampfartigen, bellenden Hustenanfälle meist nachts.
Bei Diphtherie treten Beschwerden wie Fieber und Schluckbeschwerden auf. Es bildet sich ein Belag auf der Rachenschleimhaut, wodurch Atemnot und sogar Erstickungsanfälle auftreten können. Dieser Verlauf kann tödlich sein, ist durch die eingeführte Impfung jedoch selten geworden.

Therapie und Prognose
Mit Antibiotika, wie beispielsweise Penicillin oder Erythromycin, können bakterielle Kinderkrankheiten in der Regel gut behandelt und geheilt werden.

Prophylaxe
Bei vielen Kinderkrankheiten entsteht durch die einmalige Infektion mit dem Erreger ein lebenslanger Schutz gegen diesen Erreger. Da einige Kinderkrankheiten, besonders im höheren Alter, aber schwere Verläufe mit Organschädigung zeigen können empfiehlt die Ständige Impfkommission (STIKO) die Durchführung der gängigen Impfungen.