Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Organismen. Sie gehören zu den frühesten Lebewesen auf der Erde. Es gibt Tausende verschiedener Arten, und Bakterien existieren an allen vorstellbaren Orten auf dieser Welt. Sie leben im Boden, im Meerwasser und im tiefen Inneren der Erdkruste. Es scheint sogar Bakterien in radioaktivem Müll zu geben. Viele Bakterien leben auf und im Körper von Menschen und Tieren – auf der Haut, in den Atemwegen, im Mund, im Verdauungstrakt, in den Fortpflanzungsorganen und in den Harnwegen – oft ohne einen Schaden anzurichten. Solche Bakterien werden als residente Fora oder Mikrobiom bezeichnet. Es gibt mindestens so viele Bakterien in unserem Mikrobiom, wie es Zellen in unserem Körper gibt. Die residente Flora ist für den Menschen nützlich – zum Beispiel tragen die Bakterien zur Verdauung bei oder verhindern das Wachstum anderer, schädlicherer Bakterien.
Nur wenige Bakterienarten rufen Krankheiten hervor. Solche Bakterien werden Krankheitserreger (Pathogene) genannt. Unter bestimmten Bedingungen kann die residente Bakterienflora sich in einen Erreger verwandeln und zu Erkrankungen führen. Bakterien können Krankheiten hervorrufen, indem sie schädliche Substanzen (Toxine) produzieren und/oder in Gewebe eindringen. Manche Bakterien können Entzündungen auslösen, die sich auf Herz, Lungen, Nervensystem, Nieren oder den Verdauungstrakt auswirken. Andere Bakterien (z. B. Helicobacter pylori) erhöhen das Krebsrisiko.
Bestimmte Bakterien können als biologische Waffen eingesetzt werden. Dazu gehören jene, die Milzbrand, Lebensmittelvergiftungen, Pest und Tularämie auslösen.
Klassifizierung von Bakterien
Bakterien können auf unterschiedliche Weise klassifiziert werden.
Wissenschaftliche Bezeichnung: Genau wie andere Lebewesen werden auch Bakterien nach Gattung (aufgrund eines oder mehrerer ähnlicher Merkmale) und innerhalb der Gattung nach Arten klassifiziert. Ihre wissenschaftliche Bezeichnung besteht aus der Gattung und nachfolgend der Art bzw. Spezies (beispielsweise Clostridium botulinum). Innerhalb einer Spezies kann es mehrere Typen geben, die als Stämme bezeichnet werden. Stämme unterscheiden sich nach Erbfaktoren und chemischer Zusammensetzung. Manchmal sind bestimmte Medikamente und Impfstoffe nur gegen bestimme Stämme wirksam.
Färbung: Bakterien können auch nach der Farbe klassifiziert werden, die sie annehmen, wenn ihnen bestimmte chemische Stoffe (Färbemittel) zugesetzt werden. Die Gram-Färbung ist ein häufig verwendetes Färbeverfahren. Manche Bakterien färben sich blau. Diese werden grampositiv genannt. Andere färben sich rot. Diese werden als gramnegativ bezeichnet. Grampositive und gramnegative Bakterien färben sich in unterschiedlicher Weise, da ihre Zellwände verschieden sind. Diese Bakterien verursachen auch verschiedene Arten von Infektionen, und es gibt verschiedene Arten von Antibiotika, die gegen sie wirksam sind. Neben der Gram-Färbung gibt es noch viele andere Färbungen.
Formen: Allen Bakterien kann eine von drei Grundformen zugeordnet werden: Es gibt kugelförmige (Kokken), stäbchenförmige (Bazillen) und spiral- oder schraubenförmige Bakterien (Spirochäten).
Sauerstoffbedarf: Bakterien werden auch danach klassifiziert, ob sie zum Leben und Gedeihen Sauerstoff benötigen oder nicht. Bakterien, die Sauerstoff benötigen, werden Aerobier genannt. Bakterien, die keinen Sauerstoff benötigen und bei Kontakt mit Sauerstoff nicht überleben oder sich nicht vermehren können, werden Anaerobier genannt. Manche Bakterien, die als fakultative Bakterien bezeichnet werden, können mit oder ohne Sauerstoff leben und gedeihen.
Erbfaktoren: Mit speziellen Tests können Unterschiede in den Erbanlagen (Genotyp) von Bakterien festgestellt werden.
Wie Bakterien geformt sind
Bakterielle Infektionen
Ärzte teilen bakterielle Infektionen anhand der verschiedenartigen Klassifizierungen der Bakterien ein. So können Infektionen beispielsweise danach klassifiziert werden, ob sie von gramnegativen oder von grampositiven Bakterien ausgelöst werden. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil die Behandlung je nach Typ unterschiedliche Arten von Antibiotika erfordert.
Gramnegative Infektionen umfassen Folgende:
Grampositive Infektionen umfassen Folgende:
Einige Infektionen werden nach der Form der Bakterien klassifiziert. So werden Infektionen, die von Spirochäten (spiralförmige Bakterien) verursacht werden, als Spirochäten-Infektionen klassifiziert.
Spirochäten-Infektionen umfassen Folgende:
Andere Infektionen können danach klassifiziert werden, ob die sie verursachenden Bakterien Sauerstoff benötigen oder in sauerstoffloser Umgebung gedeihen. Bakterien, die zum Leben und Wachsen Sauerstoff benötigen, werden Aerobier genannt. Bakterien, die zum Leben und Wachsen keinen Sauerstoff benötigen, werden Anaerobier genannt.
Infektionen durch anaerobe Erreger umfassen Folgende:
Es stehen viele verschiedene Antibiotika zur Verfügung, um bakterielle Infektionen zu behandeln. Ein großes Problem ist aber die bakterielle Resistenz gegen Antibiotika.
Bakterielle Abwehrkräfte
Bakterien verfügen über mehrere Möglichkeiten, sich zu verteidigen.
Biofilm
Manche Bakterien sondern eine Substanz ab, die ihnen dabei hilft, sich an andere Bakterien, Zellen oder Objekte anzulagern. Diese Substanz verbindet sich mit den Bakterien und bildet eine klebrige Schicht, die als Biofilm bezeichnet wird. Beispielsweise bilden bestimmte Bakterien einen Biofilm auf Zähnen (Plaque oder Zahnbelag). An diesem Biofilm bleiben Speisepartikel hängen, die von den Bakterien abgebaut und genutzt werden, wobei bei diesem Prozess höchstwahrscheinlich Karies entsteht. Biofilme helfen auch, Bakterien vor Antibiotika zu schützen, da sie darin schwer abzutöten sind, z. B. Bakterien, die prothetische Gelenkinfektionen verursachen.
Kapseln
Manche Bakterien sind in einer Schutzkapsel eingeschlossen. Solch eine Kapsel verhindert, dass diese Bakterien von weißen Blutkörperchen, die Infektionen bekämpfen, gefressen werden. Solche Bakterien werden als verkapselte Bakterien bezeichnet.
Äußere Membran
Unterhalb der Kapsel haben gramnegative Bakterien eine äußere Membran, die sie gegen bestimmte Arten von Antibiotika schützt. Wenn diese Membran zerstört wird, treten toxische Substanzen aus, sogenannte Endotoxine. Endotoxine tragen zur Schwere der Symptome einer Infektion mit gramnegativen Bakterien bei.
Sporen
Manche Bakterien produzieren Sporen, die eine inaktive (latente) Form der Bakterien darstellen. Sporen können Bakterien ermöglichen, zu überleben, wenn die Umweltbedingungen schwierig sind (z. B. bei zu hoher Trockenheit oder Mangel an Nährstoffen). Wenn die Bedingungen wieder günstig sind, entsteht durch einen Keimprozess aus jeder Spore ein aktives Bakterium.
Flagellen
Flagellen sind lange dünne Fäden, die aus der Zelloberfläche herausragen und Bakterien die Möglichkeit zur Fortbewegung geben. Bakterien ohne Flagellen können sich nicht selbstständig bewegen.
Antibiotikaresistenz
Einige Bakterien sind von Natur aus gegen bestimmte Antibiotika resistent.
Andere Bakterien entwickeln eine Resistenz gegen Medikamente, da sie Gene von anderen Bakterien, die resistent sind, übernehmen oder Genmutationen entwickeln. Beispielsweise gab es kurz nach der Einführung des Medikaments Penicillin Mitte der 1940er-Jahre ein paar einzelne Bakterien des Typs Staphylococcus aureus, die Gene entwickelt hatten, die eine Behandlung mit Penicillin gegen diese Bakterien unwirksam machten. Die Stämme, die diese speziellen Gene enthielten, hatten eine Überlebenschance, als Penicillin häufig zur Behandlung von Infektionen verwendet wurde. Stämme von Staphylococcus aureus, die diese neuen Gene nicht enthielten, wurden durch das Penicillin abgetötet, wodurch sich die übrigen penicillinresistenten Bakterien vermehren konnten und mit der Zeit dominierten.
Das Penicillin-Molekül wurde dann von Chemikern zu Methicillin verändert, das eine ähnliche Struktur hat und die penicillinresistenten Bakterien abtötet konnte. Kurz nach der Einführung von Methicillin gab es Stämme von Staphylococcus aureus, die Gene gegen dieses Mittel und damit verbundene Medikamente entwickelt hatten. Diese Stämme werden Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) genannt.
Die Gene, die eine Resistenz gegen Medikamente kodieren, können an zukünftige Generationen von Bakterien und manchmal sogar an andere Spezies von Bakterien weitergegeben werden.
Je öfter Antibiotika verabreicht werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bakterien dagegen resistent werden. Daher empfehlen Experten, dass Ärzte Antibiotika nur, wenn nötig, und so kurz wie möglich anwenden. Insbesondere sollten Ärzte Antibiotika nur für Infektionen verschreiben, die durch Bakterien verursacht werden, und nicht für Virusinfektionen wie eine Erkältung oder Grippe. Die Einnahme von Antibiotika bei Erkrankungen, die wahrscheinlich keine bakteriellen Infektionen sind, wie bei Husten und Erkältungssymptomen, verhilft den Patienten nicht zur Besserung, sondern fördert die Entstehung resistenter Bakterien. Da Antibiotika so häufig (und zum Teil missbräuchlich) verwendet wurden, gibt es viele Bakterien, die gegen Antibiotika resistent sind.
Resistente Bakterien können von Mensch zu Mensch weitergegeben werden. Da internationale Reisen heute gängig sind, können sich resistente Bakterien in kürzester Zeit in vielen Teilen der Welt ausbreiten. Die Ausbreitung solcher Bakterien in Krankenhäusern stellt eine besondere Sorge dar. Häufig kommen resistente Bakterien in Krankenhäusern vor, da Antibiotika oft notwendig sind und weil diese Bakterien sowohl durch Krankenhausmitarbeiter als auch durch Besucher verbreitet werden können, wenn bestimmte Hygieneverfahren nicht streng eingehalten werden. Außerdem haben viele stationäre Patienten ein geschwächtes Immunsystem, wodurch sie noch anfälliger gegen Infektionen werden.
Resistente Bakterien können auch vom Tier auf den Menschen übertragen werden. Resistente Bakterien kommen häufig bei Nutztieren vor, da Antibiotika bei gesunden Tieren oft routinemäßig verabreicht werden, um Infektionen zu verhindern, die das Wachstum beeinträchtigen oder Krankheiten hervorrufen können. Viele Länder haben den Einsatz von Antibiotika bei Tieren verboten, um die folgenden Risiken zu reduzieren:
Einnahme resistenter Bakterien durch tierische Nahrungsmittel
Infektion mit resistenten Bakterien durch Kontakt mit Tieren
Aussetzung gegenüber Antibiotika in tierischen Nahrungsmitteln