Bakteriologie

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Einleitung

Bakteriologie, die Wissenschaft von den Bakterien, ihrer systematischen Einteilung sowie der Behandlung und Verhütung der Krankheiten, die durch Bakterieninfektionen entstehen. Die Themen der Bakteriologie überschneiden sich in weiten Bereichen mit Teilgebieten der Chemie, Genetik, Pathologie, Immunologie und Medizin.

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Geschichte

Der erste Naturforscher, der Bakterien beobachtete, war der Holländer Antonie van Leeuwenhoek: Er benutzte dazu ein einfaches Mikroskop, das er selbst konstruiert hatte. Im Jahr 1683 berichtete er vor der Royal Society in London über seine Entdeckung, aber die Wissenschaft der Bakteriologie wurde erst Mitte des 19. Jahrhunderts allgemein anerkannt. Fast 200 Jahre lang glaubte man, Bakterien entstünden durch „Spontanzeugung”. Die Bemühungen mehrerer Generationen von Chemikern und Biologen waren notwendig, um nachzuweisen, dass Bakterien – wie alle Lebewesen – nur aus gleichartigen Organismen hervorgehen können. Endgültig bestätigt wurde diese grundlegende Tatsache 1860 von dem französischen Wissenschaftler Louis Pasteur. Dieser entdeckte auch, dass Bakterien für manche Arten der Gärung und viele Infektionskrankheiten verantwortlich sind. Die erste systematische Einteilung von Bakterien wurde 1872 von dem deutschen Biologen Ferdinand J. Cohn veröffentlicht; er ordnete sie dem Pflanzenreich zu. Heute gelten sie allgemein als eigenes Organismenreich, das man Monera nennt. 1876 entdeckte Robert Koch, der eine Methode zur Bakterienzucht auf Nährböden entwickelt hatte, dass Bakterien die Erreger des Milzbrandes (Anthrax) sind, einer schweren und oft tödlich verlaufenden Krankheit.

Seit 1880 beschäftigt sich die Wissenschaft systematisch mit der körpereigenen Abwehr gegen Bakterieninfektionen. Pasteur entdeckte in diesem Jahr durch Zufall, dass Bakterien der Art Bacillus anthracis, die man bei 42 bis 43 °C züchtet, nach einigen Generationen ihre krankheitserzeugende Wirkung verlieren. Wie sich später herausstellte, werden Tiere, die man mit diesen abgeschwächten Bakterien impft, immun gegen die Erreger. Das war ein wichtiger Fortschritt der Krankheitsbehandlung durch Immunisierung, die heute eine der bedeutendsten medizinischen Behandlungsmethoden darstellt.

Weitere große Fortschritte machte die Bakteriologie mit der Entdeckung der Erreger von Rotz (1862), Rückfallfieber (1868), Typhus (1880), Tetanus (1885), Tuberkulose (1890), Pest (1894), Bakterienruhr (1898), Syphilis (1905) und Tularämie (1912).

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Bakterienkultur

Eine grundlegende Methode zur Untersuchung von Bakterien ist die Zucht (Kultur) in Flüssigmedien oder auf festen Nährböden, wobei Agar die Grundlage bildet. Die Medien und Nährböden enthalten Nährstoffe für die Bakterien – von einfachen Zuckern bis hin zu komplexen Stoffmischungen wie Fleischbrühe. Um eine einzelne Bakterienart aus einem Gemisch verschiedener Arten zu isolieren, verwendet man im Allgemeinen feste Nährböden. Einzelne Bakterienzellen, die sich auf deren Oberfläche vermehren, können sich – anders als in einer Flüssigkeit – nicht voneinander wegbewegen: Nach vielen Verdoppelungen entsteht eine mit bloßem Auge erkennbare Bakterienkolonie. Eine solche Kolonie setzt sich aus vielen Millionen Zellen zusammen, die alle durch Zellteilung aus einer einzigen Zelle hervorgegangen sind. Eine kleine Menge einer solchen Kolonie, die man anschließend in ein Flüssigmedium bringt, wächst dort als Reinkultur weiter. Eine solche Kultur enthält ausschließlich die Bakterienart, die in der Kolonie vorhanden war.

Viele Bakterienarten sehen einander äußerlich so ähnlich, dass man sie im Mikroskop nicht unterscheiden kann. Zur Identifizierung der verschiedenen Arten hat man deshalb eine ganze Reihe von Kulturmethoden entwickelt. Manche Zuchtmedien enthalten z. B. Verbindungen, welche die Vermehrung vieler Bakterienarten hemmen, das Wachstum der erwünschten Art aber nicht behindern. In anderen Medien sind Zuckerverbindungen vorhanden, die nur ganz bestimmte Bakterienarten als Nährstoff verwerten können. Manchen Medien setzt man Indikatorverbindungen zu, die bei einem bestimmten pH-Wert die Farbe ändern: Auf diese Weise kann man feststellen, ob ein Bestandteil des Mediums zu einem sauren Endprodukt vergoren wurde. Entsteht dagegen bei einem solchen Gärungsvorgang ein Gas, bringt man den festen Nährboden für die Bakterien nicht auf eine Kulturschale, sondern in ein Glasröhrchen. Das Gas bildet dann Blasen im Agar, die man leicht erkennen kann. Wieder andere Medien erlauben aufgrund ihrer Zusammensetzung den Nachweis von Bakterien, die bestimmte Enzyme produzieren und damit Bestandteile des Mediums abbauen. Ein Beispiel sind die Blutagar-Platten: Mit ihnen lässt sich feststellen, ob die Bakterien ein Enzym ausscheiden, das rote Blutzellen lysiert (auflöst). Die verschiedenen Kulturmedien und Bakterienzuchtmethoden sind unentbehrliche Hilfsmittel in den Krankenhauslabors, deren Aufgabe es ist, die Ursachen verschiedener Infektionskrankheiten festzustellen.

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Keimfreiheit

Viele Bakterienarten lassen sich durch Trocknen oder Einfrieren abtöten, andere werden durch eine solche Behandlung inaktiv. Wärme (insbesondere in Form von Heißdampf) tötet alle Bakterien ab. Die Keimfreiheit zu gewährleisten – vor allem in Krankenhäusern und dort besonders im Operationssaal – ist ein wichtiges Betätigungsfeld der Bakteriologie.