Mikrobiologie verstehen

Mikrobiologie wird einfach als das Studium von Mikroorganismen definiert, wobei „Mikro“ klein bedeutet und „Biologie“ sich auf das Studium von Lebewesen bezieht. Die untersuchten Mikroorganismen sind sehr unterschiedlich, und das Gebiet der Mikrobiologie ist in viele Unterbereiche gegliedert.

Das Gebiet der Mikrobiologie ist für den Menschen von entscheidender Bedeutung, nicht nur wegen der von diesen Mikroben verursachten Infektionskrankheiten, sondern weil „gute“ Mikroorganismen notwendig sind, damit wir auf dem Planeten leben können. Wenn man bedenkt, dass die Bakterien in und auf unserem Körper zahlreicher sind als unsere eigenen Zellen, könnte dieses Forschungsgebiet als eines der wichtigsten Wissens- und Studiengebiete angesehen werden.

Arten von Mikroorganismen

Mikroorganismen oder „Mikroben“ sind kleine Lebewesen. Die meisten dieser Organismen sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen, und bis zur Erfindung des Mikroskops und der Keimtheorie hatten wir keine Ahnung, wie zahlreich sie sind.

Mikroben sind fast überall auf der Erde zu finden. Man findet sie in kochenden Wasserbecken im Yellowstone und in vulkanischen Schloten in den tiefsten Tiefen des Meeres. Sie können in Salzebenen leben, und einige gedeihen im Salzwasser (soviel zur Verwendung von Salz als Konservierungsmittel.) Einige brauchen Sauerstoff, um zu wachsen, andere nicht.

Der „zäheste“ Mikroorganismus der Welt ist ein Bakterium namens Deinococcus radio transein Bakterium, das, wie der Name schon sagt, Strahlung in einem phänomenalen Ausmaß widerstehen kann, das aber auch ohne Wasser, ohne starke Säuren und sogar im Vakuum überleben kann.

Klassifikation von Mikroorganismen in der Mikrobiologie

Es gibt viele verschiedene Arten und Weisen, auf die Wissenschaftler die Millionen von Mikroben in unserer Mitte klassifiziert und dabei versucht haben, einen Sinn zu finden.

Mehrzellig vs Einzeller vs Azellulär

Mikroben werden unter anderem danach klassifiziert, ob sie Zellen haben oder nicht, und wenn ja, wie viele. Mikroorganismen können sein:

• Mehrzellig – mehr als eine Zelle haben.
• Einzeller – Sie haben eine einzige Zelle.
• Azellulär – Fehlende Zellen, wie z.B. Viren und Prionen. (Prionen werden gewöhnlich als „infektiöse Proteine“ und nicht als Mikroben bezeichnet).

Eukaryonten vs. Prokaryonten

Eine andere Art der Klassifizierung von Mikroorganismen hat mit dem Zelltyp zu tun. Dazu gehören Eukaryonten und Prokaryonten:

• Eukaryonten sind Mikroben mit „komplexen Zellen“, die über einen echten Kern und membrangebundene Organellen verfügen. Beispiele für Eukaryonten sind Helminthen (Würmer), Protozoen, Algen, Pilze und Hefen.
• Prokaryonten sind Mikroben mit „einfachen Zellen“, die keinen echten Kern und keine membrangebundenen Organellen haben. Beispiele sind Bakterien.

Die wichtigsten Klassen von Mikroorganismen

Die verschiedenen Arten von Mikroben lassen sich ebenfalls unterteilen:

• • Parasiten: Parasiten sind manchmal furchterregender als andere Mikroorganismen, zumindest wenn sie mit dem bloßen Auge betrachtet werden können. Zu den Parasiten gehören Helminthen (Würmer), Egel, Einzeller und andere. Beispiele für parasitäre Infektionen sind Malaria, Giardien und die Afrikanische Schlafkrankheit. Es ist bekannt, dass Ascariasis (Spulwürmer) weltweit 1 Milliarde Menschen infizieren.
  • Pilze und Hefen: Pilze sind Mikroorganismen, die in mancher Hinsicht den Pflanzen ähnlich sind. Hefen sind eine Pilzart. Beispiele sind Fußpilz oder andere Arten von Hefeinfektionen, die alle unter die Klasse der Pilzinfektionen fallen. Zu dieser Kategorie gehören auch Pilze und Schimmelpilze. Wie Bakterien haben auch wir viele „gute Pilze“, die auf unserem Körper leben und keine Krankheiten verursachen.
  • Bakterien: Wir haben mehr Bakterien in und auf unserem Körper als menschliche Zellen, aber die überwiegende Mehrheit dieser Bakterien sind „gesunde Bakterien“. Sie schützen uns vor Infektionen durch schlechte oder pathologische Bakterien und spielen eine Rolle bei der Verdauung unserer Nahrung. Beispiele für durch Bakterien verursachte Infektionen sind Tuberkulose und Halsentzündung.
  • Viren: Viren sind in der Natur reichlich vorhanden, obwohl die meisten Menschen mit denjenigen vertraut sind, die menschliche Krankheiten verursachen. Viren können auch andere Mikroorganismen, wie Bakterien, sowie Pflanzen infizieren. Impfungen haben das Risiko einiger beängstigender Krankheiten verringert, aber andere, wie Ebola und das Zika-Virus, erinnern uns daran, dass wir noch nicht begonnen haben, diese Miniaturbedrohungen zu besiegen.
  • Prionen: Die meisten Wissenschaftler klassifizieren Prionen derzeit nicht als Mikroorganismen, sondern eher als „infektiöse Proteine“. Dennoch werden sie häufig von Virologen untersucht. Prionen sind im Wesentlichen ein Stück anormal gefaltetes Protein und erscheinen zunächst nicht unbedingt beängstigend. Dennoch gehören Prionenerkrankungen wie der Rinderwahnsinn zu den gefürchtetsten Infektionskrankheiten.

Geschichte der Mikrobiologie

Was wir heute über Mikroorganismen wissen und was weiter unten besprochen wird, ist relativ neu in der Geschichte. Lassen Sie uns einen kurzen Blick auf die Geschichte der Mikrobiologie werfen:

Erstes Mikroskop/erste Mikroorganismen sichtbar gemacht: Der erste große Schritt in der Mikrobiologie wurde getan, als van Leeuwenhoek (1632-1723) das erste Einlinsenmikroskop schuf. Durch eine Linse mit einer etwa 300-fachen Vergrößerung konnte er zum ersten Mal Bakterien sichtbar machen (durch Abschaben seiner Zähne).

Entwicklung der Keimtheorie: Der menschliche Körper wurde von drei Wissenschaftlern als Infektionsquelle erkannt:

• Dr. Oliver Wendall Holmes fand heraus, dass Frauen, die zu Hause entbanden, seltener an Infektionen erkrankten als Frauen, die in einem Krankenhaus entbanden.
• Dr. Ignaz Semmelweis brachte Infektionen mit Ärzten in Verbindung, die direkt vom Autopsieraum auf die Entbindungsstation gingen, ohne sich die Hände zu waschen.
• Joseph Lister führte aseptische Techniken ein, darunter sowohl das Händewaschen als auch die Verwendung von Hitze zur Sterilisation.

Keimtheorie: Die beiden Personen, denen die Akzeptanz der Keimtheorie am meisten zugute kam, waren Louis Pasteur und Robert Koch:

• Louis Pasteur (1822-1895): Pasteur wird die Theorie der Biogenese zugeschrieben, da er feststellte, dass alle Lebewesen von etwas abstammen und nicht von der zur Zeit der spontanen Erzeugung vorherrschenden Ansicht. Er behauptete, dass viele Krankheiten durch Mikroben verursacht werden (und nicht durch Sünde, Gottes Zorn und andere mögliche Ursachen). Er zeigte, dass Mikroorganismen für Gärung und Verderb verantwortlich sind, und entwickelte die Methode der Pasteurisierung, die noch heute verwendet wird. Er entwickelte auch Impfstoffe gegen Tollwut und Milzbrand.
• Robert Koch (1843-1910): Koch ist der Autor der „Koch’schen Postulate“, der wissenschaftlichen Schrittfolge, die die Keimtheorie bewies und die seither (mit einigen Überarbeitungen) in wissenschaftlichen Studien verwendet wird. Er identifizierte die Ursache von Tuberkulose, Milzbrand und Cholera.

Seit dieser Zeit sind einige Meilensteine zu nennen:

• 1892 – Dmitri Iosifowitsch Ivanoski entdeckte das erste Virus.
• 1928 – Alexander Fleming entdeckte das Penizillin.
• 1995 – Die erste mikrobielle Genomsequenz wurde veröffentlicht.

Infektiöse Mikroorganismen

Wenn wir an Mikroorganismen denken, denken die meisten von uns an Krankheiten, obwohl diese kleinen „Wanzen“ uns insgesamt eher helfen als schaden. (Stellen Sie sicher, dass Sie unten über „gute Mikroben“ lesen).

Bis vor weniger als einem Jahrhundert und heute sind an vielen Orten der Welt Infektionen mit Mikroorganismen die häufigste Todesursache. Die Lebenserwartung in den Vereinigten Staaten hat sich im letzten Jahrhundert dramatisch verbessert, nicht nur, weil wir länger leben, sondern vor allem, weil weniger Kinder in der Kindheit sterben.

In den Vereinigten Staaten sind Herzkrankheiten und Krebs heute die erste und die zweithäufigste Todesursache. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation sind in Ländern mit niedrigem Einkommen weltweit Infektionen der unteren Atemwege die häufigste Todesursache, gefolgt von Durchfallerkrankungen.

Das Aufkommen von Impfungen und Antibiotika und, was noch wichtiger ist, sauberes Wasser hat unsere Besorgnis über infektiöse Organismen verringert, aber es wäre unangebracht, arrogant zu sein. Gegenwärtig sind wir nicht nur mit neu auftretenden Infektionskrankheiten, sondern auch mit Antibiotikaresistenzen konfrontiert.

Mikroorganismen, die für den Menschen hilfreich sind

Obwohl wir nur selten darüber sprechen, sind Mikroorganismen nicht nur hilfreich, sondern in fast jedem Aspekt unseres Lebens notwendig. Mikroben sind wichtig in:

• Unseren Körper vor „schlechten“ Mikroben zu schützen.
• Bei der Herstellung von Lebensmitteln: Vom Joghurt bis zu alkoholischen Getränken ist die Gärung eine Methode, bei der das Wachstum von Mikroben zur Herstellung von Lebensmitteln genutzt wird. Dies ist ein Beispiel dafür, dass Mikroben jedoch während eines Großteils des Lebens am unteren Ende der Nahrungskette stehen.
• Die Zersetzung von Abfällen am Boden und das Recycling atmosphärischer Gase oben. Bakterien können sogar bei schwierigen Abfällen wie Ölverschmutzungen und Atommüll helfen.
• Die Produktion von Vitaminen wie Vitamin K und einigen B-Vitaminen. Bakterien sind auch extrem wichtig für die Verdauung.
• Speicherung von Informationen: Auf dem Gebiet der Kryptographie wird sogar nach Möglichkeiten gesucht, wie Bakterien als Festplatte zum Speichern von Informationen verwendet werden können.

Mikroben erfüllen nicht nur viele Funktionen für uns – sie sind ein Teil von uns. Man geht davon aus, dass die Bakterien in und auf unserem Körper die Anzahl unserer Zellen um den Faktor 10 zu 1 übertreffen.

Sie haben wahrscheinlich schon das Neueste über gesunde Ernährung gehört. Zusätzlich zum Verzehr von Brokkoli und Blaubeeren empfehlen die meisten Gesundheitsexperten, täglich oder zumindest so oft wie möglich fermentierte Lebensmittel zu essen. Ohne Bakterien gäbe es keine Fermentation.

Bei der Geburt haben Babys keine Bakterien im Körper. Sie erwerben ihre ersten Bakterien, wenn sie durch den Geburtskanal gehen. (Das Fehlen einer Bakterienexposition durch den Geburtskanal wird von einigen als der Grund dafür angesehen, dass Übergewicht und Allergien bei Säuglingen, die per Kaiserschnitt entbunden werden, häufiger auftreten).

Wenn Sie in letzter Zeit die Nachrichten gelesen haben, wurde sogar postuliert, dass die Bakterien in unseren Eingeweiden für unsere alltäglichen Stimmungen verantwortlich sind. Die Untersuchung des Mikrobioms wird jetzt genutzt, um viele Dinge zu erklären, z.B. warum Antibiotika zu einer Gewichtszunahme führen können.

Bereiche der Mikrobiologie

Im Bereich der Mikrobiologie gibt es mehrere verschiedene Gebiete. Ein Beispiel für einige dieser Bereiche, aufgeschlüsselt nach Art des Organismus, ist

• Parasitologie: Das Studium der Parasitologie
• Mykologie: Das Studium der Pilze
• Bakteriologie: Das Studium der Bakterien
• Virologie: Das Studium der Viren
• Protozoologie: Das Studium der Protozoen
• Phykologie: Das Studium der Algen

Die Bereiche der Mikrobiologie können auch nach ihrem Umfang aufgeschlüsselt werden, so dass sie ein breites Spektrum von Themen umfassen. Hier einige Beispiele unter vielen:

• Mikrobielle Physiologie (Wachstum, Metabolismus und Struktur von Mikroben)
• Mikrobielle Genetik
• Mikrobielle Entwicklung
• Umweltmikrobiologie
• Industrielle Mikrobiologie (zum Beispiel Abwasserbehandlung)
• Lebensmittelmikrobiologie (Fermentation)
• Biotechnologie
• Bioremediation

Die Zukunft der Mikrobiologie

Das Gebiet der Mikrobiologie ist faszinierend, und es gibt noch mehr, das wir nicht wissen. Was wir auf diesem Gebiet vielleicht am meisten an Wissen gewonnen haben, ist, dass es noch so viel mehr zu lernen gibt.

Mikroben können nicht nur Krankheiten verursachen, sondern sie können auch zur Entwicklung von Medikamenten gegen andere Mikroben eingesetzt werden (z.B. Penicillin.) Einige Viren scheinen Krebs zu verursachen, während andere als Mittel zur Krebsbekämpfung evaluiert werden.

Einer der wichtigsten Gründe für Menschen, etwas über Mikrobiologie zu lernen, ist der Respekt vor diesen „Geschöpfen“, die uns bei weitem überlegen sind. Man geht davon aus, dass die Antibiotikaresistenz durch den unsachgemäßen Gebrauch nicht nur von Antibiotika, sondern auch von antibakteriellen Seifen erhöht wird. Und das nur, wenn man sich die Mikroben ansieht, die wir gegenwärtig erkennen. Mit dem Aufkommen von Infektionskrankheiten und mit unserer Fähigkeit, mit drei Flügen fast überall auf der Welt hin zu reisen, besteht ein großer Bedarf an Ausbildung und Vorbereitung von Mikrobiologen.

Quellen für Artikel (einige auf Englisch)

• Kasper DL, Fauci AS, Hauser SL. Harrison’s Grundsätze der Inneren Medizin. New York: Mc Graw-Hill-Ausbildung, 2015. Drucken.
• Smolinska S, Groeger D, O’Mahony L. Biologie des Mikrobioms 1: Interaktionen mit der Immunantwort des Wirts. Gastroenterologische Kliniken Nordamerikas. 2017. 4691):19-35.