MIKRO- & ZELLBIOLOGIE

BEGRIFFSDEFINITION

Der Begriff Mikrobiologie leitet sich von den altgriechichen Wörtern „mikros“-„klein“ und „bios“-„Leben“ ab. Mikrobiologie ist als Teilgebiet der Biologie die Wissenschaft und Lehre von den Mikroorganismen, Lebewesen, die mit bloßem Auge nicht erkannt werden können. Dazu gehören Bakterien, Pilze, einzellige Tiere (z.B. Pantoffeltierchen) sowie ein- und wenigzellige Algen und Viren.

Der Begriff Zellbiologie (auch Zytologie) stammt vom lateinischen Wort  „cellulae“-„Zelle, Kämmerchen“ und dem altgriechischen Wort „logos“-„Lehre“ ab. Die Zellenlehre erforscht als Teilgebiet der Biologie mittels mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden die Zelle, ihre Kompartimente und zelluläre Vorgänge, um verschiedenste biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene zu verstehen und aufzuklären.

Eng mit der Zellbiologie verwandte Disziplinen, mit denen es auch etliche Überschneidungen gibt sind:  Biochemie, Molekularbiologie, Physiologie, Entwicklungsbiologie, Botanik, Zoologie, Immunologie und Genetik.

GESCHICHTE

GESCHICHTE:

Ende des 17. Jahrhunderts  entdeckten Robert Hooke und Antoni van Leeuwenhoek die  Mikroorganismen. Sie konstruierten erste Mikroskope und leisten wichtige Vorarbeit zur  Weiterentwicklung von Lichtmikroskopen.

Hooke prägte den Begriff Zelle (aus dem lateinischen, cellulae, Kämmerchen), nachdem er diese im Gewebe des Flaschenkorks (später auch von Farn und Sonnentau), mit Hilfe eines der ersten zusammengesetzten Lichtmikroskope entdeckte und detailliert aufzeichnete.

Antoni van Leeuwenhoek entdeckte Anfang des 17. jahrhunderts  Mund- und Darmbakterien, parasitäre Einzeller und rote Blutkörperchen.

Franz Meyen (1804–1840) prägte zu Beginn des 19. Jahrhunderts den Begriff der Zelle als Elementareinheit der Pflanzenorgane.

MIKROORGANISMEN AUF UNS UND IN UNS

Mikroorganismen sind Kleinstlebewesen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Sie sind überall: im Wasser, im Boden, in der Nahrung und auch in uns. Ihre Größe reicht von ungefähr einem Hunderttausendstel Millimeter bis zu rund 1 mm bei manchen Parasiten.

Die meisten Mikroorganismen sind sehr nützlich. Bodenbewohnende Mikroorganismen verwandeln abgestorbene Pflanzen oder tote Tiere in Humus. Andere Mikroorganismen besiedeln unseren Darm und helfen uns bei der Verdauung. Auch in der Biotechnologie spielen Mikroorganismen eine große Rolle: durch ihre Stoffwechselprodukte entstehen: z.B. Käse, Joghurt, Brot, Wein, Essig, Antibiotika.

Nur ein kleiner Teil der uns umgebenden Mikroorganismen sind Krankheitserreger. Man nennt sie pathogene Mikroorganismen.

Man teilt Mikroorganismen grob in 4 Gruppen:

  • Bakterien (z.B. Salmonellen, Colibakterien, Staphylokokken)
  • Pilze (z.B. Hefen und Schimmelpilze)
  • Parasiten (z.B. Amöben, Bandwürmer)
  • Viren (z.B. Grippeviren, Noroviren)

Einfluss auf das Vorkommen und die Anzahl (auch pathogener) Mikroorganismen haben:

  • Hygieneverhalten (Händewaschen, Raumhygiene,…)
  • Temperatur (Kälte hemmt MO in ihrem Wachstum aber tötet sie selten ab, Hitze tötet die meisten MO ab 62 Grad aufwärts und ab 132 Grad praktisch alle; bei 20-40 Grad vermehren sich die meisten Mikroorganismen am schnellsten)
  • Feuchtigkeit bzw. Trockenheit

Lebewesen werden in drei Domänen unterteilt: Bakterien, Archaeen (Archebakterien) und Eukatyoten (besitzen Zellen mit Zellkern). Viele, vielleicht sogar die meisten Mikroorganismen gehören zu den Domänen der Bakterien und Archaeen.

Krankheitserreger finden sich vor allem unter Viren (keine Lebewesen im engeren Sinn) und Bakterien. Es gibt aber auch unter Eukaryoten Mikroorganismen (und auch pathogene Mikroorgnismen), z.B. Pilze, Amöben, Flagellaten und sogar tierische Mikroorganismen

PATHOGENE FORMEN

Bakterien, Viren und Pilze haben neben der überwiegenden Mehrheit an harmlosen oder sogar extrem nützlichen und lebensnotwendigen Exemplaren auch pathogene Vertreter.

  Viren Bakterien Pilze
Domäne Keine Lebewesen Bakterien Eukaryonten
Stoffwechsel nein Ja- alle Kennzeichen des Lebens! Ja- alle Kennzeichen des Lebens!
Fortpflanzung

 

Übernimmt Wirtszelle selbständig selbständig
Reizbarkeit nein Ja- alle Kennzeichen des Lebens! Ja- alle Kennzeichen des Lebens!
Bewegung nein Ja- alle Kennzeichen des Lebens! Ja- alle Kennzeichen des Lebens!
Wachstum& Entwicklung nein Ja- alle Kennzeichen des Lebens! Ja- alle Kennzeichen des Lebens!
Gestalt/

Aufbau

Erbmaterial & Eiweißhülle

Sehr einfacher Bau

Zelle ohne Zellkern Zelle mit Zellkern

Auch wenn die meisten Mikroorganismen harmlos oder sogar nützlich sind, können einige von ihnen für uns unangenehm oder sogar gefährlich werden.

KRANKHEITEN

Bakterien verursachen z.B. EHEC/HUSEC, Tuberkulose, Pest, Typhus, Cholera, Milzbrand / Anthrax und Lepra

Zu den Virusinfektionen gehören: Influenza / Grippe, HIV / AIDS, Marburgfieber, Ebola, Hepatitis C, Mumps, Masern,…

Antibiotika greifen in den Stoffwechsel von Bakterien ein. Sie verhindern beispielsweise den Aufbau deren Zellwand. Da Viren keinen Stoffwechsel haben, helfen gegen Virus Infektionen auch keine Antibiotika. Manchmal helfen Virostatika.

DIE ENTDECKUNG DER ANTIBIOTIKA

Im Jahr 1929 entdeckte Alexander Flemming durch Zufall Penicillin, das erste Antibiotikum. Eine Agarplatte war mit Penicillum-Pilzen kontaminiert. Die in der Petrischale kultivierten Staphylokokken und Streptokokken waren mit Schimmelpilz überzogen, als er vom Urlaub aus London heimkehrte. Und siehe, dort wo der Pilz wuchs, konnten sich die Bakterien nicht mehr ausbreiten. 1945 erhielt Flemming zusammen mit Chain und Florey den Nobelpreis der Medizin.

EUKARYONTEN ALS KRANKHEITSERREGER

Protozoen

Auch unter den eukaryotischen Mikroorganismen gibt es viele, die auf oder sogar in unserem Körper leben und dabei völlig harmlos sind. Etwa 40 Arten können auch uns Menschen krank machen.

GRUPPE Pathogene Formen (Krankheiten)
Sporozoen (Sporentierchen) Malariaerreger Plasmodium.
Ciliaten (Wimperntierchen)  
Flagellaten (Geißeltierchen) Trypanosomen, z.B. Schlafkrankheit

Leishmanien z.B. Kutane Leishmaniose – Orientbeule

Trichomonaden, z.B. Trichomonas vaginalis

Rhizopoden (Wurzelfüsser) Amöben, z.B. Amöbenruhr
Pilze

Fakultativ pathogene Pilze findet man als normale Haut- oder Schleimhautbewohner bei allen gesunden Menschen. Nur unter bestimmten Umständen, wenn das Immunsystem geschwächt ist oder bei anderen begünstigenden Faktoren, werden aus diesen harmlosen Mitbewohnern pathogene Formen.

Man kann die fakultativ pathogenen Pilze in vier Gruppen unterteilen:

  1. Dermatophyten (Trichophyton, Microsporum, Epidermophyton u.a.): meist oberflächlich lokalisierte Pilze, die oft von Tieren durch direkten Kontakt übertragen werden.
  2. Fakultativ pathogene Hefen ( Cryptococcus-Arten, Candida albicans und andere Candida-Arten): Candida-Hefen sind häufig normale Bewohner des Mundes und Darmes. Zu einer krankhaften Form kommt es nur, wenn das Immunsystem geschwächt ist, oder andere begünstigende Faktoren hinzukommen. Candida-Infekte treten z.B. in Form von Windeldermatitis oder Genitalsoor Eine schwere Erkrankung wie die Candida Pneumonie (Lungenentzündung) tritt zumeist nur bei Immunschwäche auf.
  3. Fakultativ pathogene Schimmelpilze (Aspergillus, Mucor): Fakultativ pathogene Schimmelpilze kommen z.B. in Blumenerde oder im Hausstaub vor. Ihre Sporen können nur bei immunkomprimierten Patienten (z.B. bei Leukämie, nach Organ- oder Knochenmarkstransplantationen und bei AIDS) auch die Bronchien besiedeln. Die Behandlung ist oft sehr schwierig und dauert viele Jahre, bei schlechter Prognose.
  4. Dimorphe Pilze (Histoplasma, Coccidioides):Erreger von Systemmykosen, die meistens als gut behandelbare Hautmykosen auftreten. Bei immunsupprimierten Patienten können sich eingedrungene Pilzsporen entlang der Lymphgefäße.

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Text und Bilder: Silke Geroldinger, 2014; Mindmaps: GRGORG 22

Teste Dein Wissen über Mikro-und Zellbiologie

1. Welche der folgenden Produkte verdanken wir Mikroorganismen:

 
 
 
 
 
 

2. Welche Krankheit wird durch Geißeltierchen (Flagellaten) ausgelöst?

 
 
 
 

3. Zu den Krankheiten, die durch Bakterien verursacht werden gehören:

 
 
 
 

4. Einen großen Einfluss auf Vorkommen und die Anzahl (auch pathogener) Mikroorganismen haben:

 
 
 
 

5. Die meisten Mikroorganismen sind…

 
 
 
 

6. Wer war ein Pionier der Zellbiologie?

 
 
 
 

7. Viruserkrankungen sind:

 
 
 
 
 

8. Wer entdeckte die Antibiotika und rettete somit unzählige Menschenleben?

 
 
 
 

9. Sind Viren Lebewesen?

 
 
 

10. Wer formulierte den Begriff „Zelle“?

 
 
 
 

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