Mikrobenzirkus

Keine Panik vor Bazille, Virus & Co

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Bakterien, Viren & Co. – Putzen wir uns krank?

Schießen wir mit Kanonen auf Spatzen? Antibakterielle Reiniger sind im Haushalt nicht nötig. (Bild: Shutterstock)

Dieser Mikrobenzirkus-Artikel erschien zuerst im Carl-Roth-Blog.

Mögen Sie Mikroben? Oder lässt Sie allein schon der Gedanke an solche winzigen Lebensformen zur Desinfektionsflasche greifen? Bakterien & Co. haben ein furchtbar schlechtes Image. Tägliche Nachrichten über Epidemien und gefährliche Krankheitserreger machen Mikroorganismen zu unseren Angstgegnern. Hygiene wird großgeschrieben und „antibakteriell“ klingt für die meisten Menschen positiv. Selbst Privathaushalte rüsten zur Schlacht gegen die winzigen Mitbewohner und manche sind schon keimärmer als ein OP-Saal!

Glaubt man den Warnungen von Naturschützern und Wissenschaftlern verursachen die Menschen gerade das größte Artensterben seit dem Aussterben der Dinosaurier, indem wir in die letzten unberührten Regionen vordringen. Dazu gehören auch die kleinsten Lebewesen im Mikrokosmos unsers Alltags.
Forscher des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) rücken in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution den Fokus gerade auf ein Ökosystem, das bisher verborgen vor unseren Augen existiert – in unseren Wohnungen und Häusern.
Hier leben Mikroben mit uns Haut an Haut und auch in unseren Körpern. Mehr als zweihunderttausend Mikroorganismen sind dort bisher bekannt. Allein auf unserer Haut leben tausende Bakterien, in unseren Wohnungen gut 40.000 Arten von Pilzen.
Mit scharfen Waffen wie Desinfektions- und Badewannenspray oder Antibiotika führen wir einen täglichen Kampf im Lebensraum Haus – ohne bisher langfristig zu wissen, welche Konsequenzen es am Ende für uns hat. Wir putzen zu viel und schaden damit womöglich einem Ökosystem, welches uns gesund erhält.

Artenvielfalt macht Lebensräume widerstandsfähiger

Schon lange interessieren sich Wissenschaftler für die Widerstandsfähigkeit in größeren Lebensräumen wie Wiesen und Wäldern gegen Schädlinge, Klimaschwankungen oder auch Krankheitserreger. Fazit dieser Studien: je höher die Vielfalt der Arten, desto eher können solche Störungen toleriert werden, weil nie alle Arten gleichzeitig betroffen sind.

Ziel der Forscher ist es nun, herauszufinden, ob diese Stabilitätstheorie auch für die Welt im Mikrokosmos gilt. Das hätte weitreichende Folgen für unsere Gesundheit.
So stören wir womöglich durch unsere Eingriffe in die mikrobielle Artenzusammensetzung unserer Umwelt, dass Krankheitserregern ganz natürlich eingedämmt werden. Wie Pflanzen und Tiere konkurrieren auch Mikroben in einem dicht besiedelten, artenreichen Raum um die vorhandenen Ressourcen. Neue Arten fassen daher schwerer Fuß. Ist der Lebensraum aber sowieso gestört, dann können sich schädliche Neuankömmlinge viel besser ausbreiten.

Mikroben schützen vor Krankheitserregern

Der Effekt, dass sich Krankheitserreger in artenarmen Ökosystemen schneller ausbreiten können, wurde schon mehrfach von Experten für die Mikrowelt beschrieben. So können Stäbchenbakterien der Art Clostridium difficile besonders gut Darmentzündungen mit Durchfall auslösen, wenn anfällige Menschen vorher eine Antibiotikatherapie bekamen.

Ein anderes Beispiel finden wir in jeder Dusche. In den Duschköpfen bilden sich schnell Biofilme aus krankheitsauslösenden Bakterien, sogenannte Nichttuberkulöse Mykobakterien. Besonders in Regionen, in den Wasser gechlort wird, treten diese Biofilme häufiger auf. Die Mykobakterien breiten sich zudem besonders gut auf metallenen Duschschläuchen aus.

Aber auch unsere Küchenschwämme passen in diese Reihe. Nach einer Studie von Forschern der Hochschule Furtwangen, der Justus-Liebig Universität und dem Helmholtz-Zentrum München. In gebrauchten Küchenschwämmen stellten die Wissenschaftler Bakterienkonzentrationen fest, wie sonst nur in Fäkalproben. Wurden die Schwämme nur mit heißem Wasser ausgewaschen oder in der Mikrowelle behandelt, stieg gerade der Anteil der für uns gefährlichen Bakterien an. Daher bleibt bisher nur ein regelmäßiges Austauschen der Schwämme als effektive Hygienemaßnahme.

Zum Abschluss aber noch ein positives Beispiel. Eine besonders hohe mikrobielle Artenvielfalt in unseren Wasserleitungen ist für uns sogar sehr nützlich. Unser Trinkwasser ist keinesfalls steril. In jedem Glas Leitungswasser tummeln sich bis zu 10 Millionen unerkannter Bakterien, wie Forscher der Universität Lund entdeckten. Mit anderen Mikroben bilden sie in den Rohrleitungen „Schleimstädte“ – symbiontische Lebensgemeinschaften mit anderen Pilzen, Algen und Protozoen.
Es sind vor allem diese guten Bakterien, die dabei helfen unser Trinkwasser zu reinigen und gegen Krankheitserreger zu schützen. Nach Schätzungen leben bis zu 1000 verschiedene Bakterienarten in den Wasserleitungen z.B. die Sphingomonadaceae. Diese Gruppe baut fleißig Schadstoffe ab wie z.B. giftige Aromate.

Schöner und gesünder wohnen mit Mikroben:

Was heißt das nun für unser Zusammenleben mit Haushaltskeimen? Nur ganz wenige von ihnen lösen Krankheiten aus. Die meisten helfen uns sogar, gesund zu bleiben. Wir sollten nützliche Keime sogar in unseren Räumen behalten, ja, sie sogar regelrecht kultivieren. Mehr Mut zu etwas gesundem Dreck! Auch wenn das natürlich bei den meisten ein Umdenken in puncto Reinlichkeit oder Hygiene bedeutet.

Öffnen Sie also Ihre Türen und Fenster und lassen Sie etwas mehr mikrobielle Artenvielfalt in Ihre vier Wände. Dies sorgt für ein gesundes und stabiles Gleichgewicht in der Zusammensetzung der Mikroorganismen. Lüften Sie regelmäßig, stellen Sie Zimmerpflanzen in Ihre Wohnung, halten Sie einen Hund oder eine Katze! Haustiere sind eine Quelle guter Mikroben. Desinfektionsmittel sind im normalen Haushalt völlig unnötig. Zum Putzen sind drei Standardreiniger ausreichend: Neutralreiniger, Zitronensäure oder Essig sowie Scheuermilch für hartnäckige Verschmutzungen.

Viele weitere Anregungen, wie Sie Ihren heimischen Mikrobenzoo hegen und pflegen können und dabei gesund bleiben, finden Sie zum Weiterlesen in meinem aktuellen Sachbuch „Zu Risiken und Nebenwirkungen fragen Sie Ihre Türklinke – Wie Mikroben unseren Alltag bestimmen“ (Heyne Verlag, 2019,).

Link: https://www.randomhouse.de/Paperback/Zu-Risiken-und-Nebenwirkungen-fragen-Sie-Ihre-Tuerklinke/Susanne-Thiele/Heyne/e543156.rhd

Originalpublikation:

Dunn, R. R., Reese, A. T., & Eisenhauer, N. (2019). Biodiversity-ecosystem function relationships on bodies and in buildings. Nature Ecology & Evolution, 3(1), 7-9. doi:10.1038/s41559-018-0750-9

Über die Autorin:

Susanne Thiele ist Mikrobiologin und Wissenschaftsautorin. Wenn sie keine Sachbücher schreibt, leitet sie die PR-Abteilung am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, schreibt für Zeitungen und Journale oder auf ihrem Blog, „Mikrobenzirkus“ (als Wissenschaftsblog 2018 ausgezeichnet).
Blog: www.mikrobenzirkus.com Twitter: @mikrobenzirkus Facebook: @mikrobenzirkus Instagram: @mikrobenzirkus


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Magnetospirillium ist Mikrobe des Jahres 2019

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von M. gryphiswaldense. © Frank Müller, Universität Bayreuth

Magnetische Bakterien – die gibt es wirklich! Die Bakterien der Gattung Magnetospirillum sind die Mikroben des Jahres 2019. Diese im Wasser lebenden Bakterien können sich am Magnetfeld der Erde orientieren – und eignen sich als nützliche Helfer im Bereich von Biotechnologie und Medizin. So können die Mikroben zum Beispiel als Kontrastmittel fungieren oder dabei helfen, Zellen künstlich zu steuern.

Sich teilende Zelle von Magnetospirillum gryphiswaldense mit Magnetitkristallen (Transmissions-elektronenmikroskopische Aufnahme). © Frank Mickoleit, Universität Bayreuth

Seefahrer vertrauen seit Jahrhunderten auf ihren Kompass. Doch die Natur nutzt dieses Prinzip schon viel länger. Viele Lebewesen können das Magnetfeld der Erde wahrnehmen und sich an ihm orientieren. Zugvögel beispielsweise nutzen ihren magnetischen Sinn als Richtungsweiser auf ihren langen Flügen. Aber auch Fische, Füchse, Wildschweine und Hunde besitzen einen Magnetsinn. Selbst im Reich der Allerkleinsten gibt es Organismen, die sich am irdischen Magnetfeld orientieren: Bakterien.
Als Kompass tragen diese Mikroben winzige Ketten von Kristallen aus dem Eisenoxid Magnetit in sich. Faszinierend ist es anzusehen, wenn sie alle einheitlich ausregerichtet unter dem Mikroskop umherflitzen.

Bakterien mit Magnetsinn – Kristalle aus Eisenoxid

Magnetospirillum gryphiswaldense in Teilung mit Magnetitkristallen (rot) und Membranvesikeln (gelb) und dem speziellen Cytoskelett (grün) sowie Geißeln zur Fortbewegung (ocker). © Mauricio Toro-Nahulepan, Universität Bayreuth/ Jürgen Plitzko, MPI für Biochemie, Martinsried

Erstmals entdeckt wurden diese besonderen Bakterien durch den Italiener Salvatore Bellini. Dieser stieß mit seinen Beobachtungen im Jahr 1963 zwar zunächst noch auf Unglauben. Doch mit der Verbreitung des Elektronenmikroskops bestätigte Richard Blakemore zwölf Jahre später die Existenz magnetischer Mikroben: In Schlammproben sah er Mikroorganismen mit Ketten magnetischer Kristalle, die sich wie eine Kompassnadel im magnetischen Feld ausrichteten.
Heute weiß man, dass spezielle Enzyme Eisen-Ionen aus der Umgebung in die Bakterienzelle transportieren. Dort bilden sich Ketten aus 15 bis 30 Eisenoxid-Kristallen, die zusammen als Magnet wirken. Ein Zellskelett aus langen Proteinfäden, ähnlich aufgebaut wie unsere Muskeln, hält die Kristalle in der Zellmitte und sortiert sie bei der Zellteilung gleichmäßig.

Vorteil bei der Orientierung im Wasser

Zusammen mit einem speziellen Sauerstoffsensor orientieren sich die Bakterien mit ihrem inneren „Magneten“ so im Wasser: Sie suchen gezielt Schichten mit einem optimalen geringen Sauerstoffgehalt auf. Die magnetischen Pole der Erde helfen ihnen, sich in der richtigen Wassertiefe auszurichten. Ihre schraubenförmige Gestalt hilft dabei, sich im Bodensediment zu bewegen.
Dank der detaillierten Erkenntnisse zur Biosynthese und Funktion der Magnetosomen gilt Magnetospirillum mittlerweile auch als wichtiger Modellorganismus für die Bildung bakterieller Organellen.

Magnetospirillium-Forscher der ersten Stunde

Prof. Dr. Dirk Schüler, © Christian Wißler, Universität Bayreuth

Professor Dr. Dirk Schüler ist seit fast 30 Jahren von diesen Bakterien fasziniert. Als Student im Greifswalder Labor von Manfred Köhler entdeckte er 1990 Magnetospirillium im Schlamm eines kleinen Flusses. Darauf ist auch der Namenszusatz „gryphiswaldense“ zurückzuführen. Zeitgleich gab es große politische Umwälzungen – der Fall der Mauer. Gemeinsam mit den Experten aus dem Münchner Labor von Karl-Heinz Schleifer und Rudolf Amann konnten sie das neuentdeckte Bakterium mit modernen Methoden untersuchen. Es wurde namensgebend für die ganze Gattung Magnetospirillium.

Innovative Waffe gegen Tumore ?

Für die Biotechnologie und die Medizin bieten die Bakterien faszinierende Möglichkeiten. Doch auch darüber hinaus bietet Magnetospirillum faszinierende Möglichkeiten: Die winzigen Magnete haben eine einheitliche Größe, Form und hohe Magnetisierung, die synthetische Nanopartikel nicht erreichen. Aus diesem Grund können sie als Kontrastmittel in der medizinischen Bildgebung fungieren – dabei übertreffen sie die Wirksamkeit kommerzieller magnetischer Kontrastmittel deutlich, wie Versuche zeigen.
Zudem erzeugen die Magnetosomen der Bakterien in Zellen oder Geweben Wärme, wenn ein starkes Magnetfeld angelegt wird – in Tierversuchen ließen sich damit Tumoren verkleinern. Außerdem ist es Forschern bereits gelungen, den kompletten Biosyntheseweg aus Magnetospirillum in fremde Bakterien übertragen. So lassen sich in Zukunft womöglich Zellen künstlich magnetisieren und dadurch „steuern“. lebende Magnetbaketrien könnten sogar als „Mikroroboter“ mit Medikamenten beladen werden und diese dann zum Wirkunsgort im Körper, etwa zu Tumoren bringen.

Selbst magnetische Bakterien fischen?

  • Candidatus Magnetobacterium bavaricum © Gerhard Wanner
  • Magnetische vielzellige Bakterien aus dem Wattenmeer nahe Cuxhaven, von Roland Wenter et al. als Cand. Magnetomorum litorale beschrieben. © Gerhard Wanner

Nun bleibt die Frage, ob auch Laien magnetotaktische Bakterien finden könnten? Sicher, meint Prof. Dirk Schüler von der Universität Bayreuth. Das wäre nicht schwer. In jedem Gartenteich oder flachen Tümpel gibt es viele verschiedene Arten: Stäbchen, Kugeln, Spiralen.
Betrachtet man den Rand eines Schlammtropfens mit einem Phasenkontrastmikroskop, das wenigsten 100fach, besser 400fach vergrößert, an den man einen kleinen Stabmagneten hält. Dann schwimmen die Magnetbakterien hartnäckig in diese Richtung und wenden, sobald man den Magneten umdreht.

Links:

Mikrobiologische Grüße

Susanne

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    Trickreiche Erreger – Wie Bakterien unseren Körper erobern

    Ich freue mich, euch heute im Mikrobenzirkus einen Gastartikel meines Kollegen Dr. Andreas Fischer, Wissenschaftsredakteur am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, zu präsentieren.  Viel Spaß beim Lesen!

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    Robert Koch – Deutscher Mediziner und Mikrobiologe (Quelle: Wikipedia Public Domain)

    Viele Menschen setzen Bakterien mit gefährlichen Krankheiten wie Pest und Cholera gleich. Zu Zeiten des berühmten Mikrobiologen Robert Koch (1843-1910), der zum Beispiel den Erreger der Tuberkulose entdeckt hat, wurde den Bakterien noch der Kampf angesagt.

    Mittlerweile wissen wir aber, dass die weitaus meisten Arten völlig harmlos sind und uns zum Teil sogar Hilfe leisten, etwa bei der Verdauung. Gefährliche Krankheitserreger sind unter den Bakterien dagegen die Ausnahme, und sie arbeiten mit cleveren Tricks, denn dank unseres ausgeklügelten Immunsystems ist es gar nicht so leicht, den menschlichen Körper zu infizieren: Es erkennt Eindringlinge sofort, beseitigt sie und kann sich später sogar an sie erinnern. Trotzdem finden manche Bakterienarten immer wieder ein Schlupfloch.

    Die beste Waffe: Eine schnelle Vermehrung

    Einige Bakterien bilden unter optimalen Bedingungen alle 15 Minuten eine neue Generation aus unzähligen Individuen. Diejenigen, die mit ihrer Umgebung – zum Beispiel unserem Körper – am besten klarkommen, vermehren sich auch am stärksten. So ist jede neue Generation ein kleines Bisschen besser anpasst als die vorherige. Der Karieserreger Streptococcus mutans treibt es in Sachen Anpassung ganz auf die Spitze: In seinem Wohnzimmer – der Zahntasche – tötet er andere Bakterienarten und nimmt deren Erbmaterial auf. Ganz nach dem Motto „Du bist, was du isst“ schluckt er so die Überlebenstricks seiner Konkurrenten und macht sie zu seinen eigenen.

    Appetit auf ein Softeis?

    Jeder kennt sie, aber niemand will sie: Salmonellen. Sie sitzen in Lebensmitteln wie Eiern, Fleisch oder Softeis und animieren uns gern zu Dauerläufen Richtung Badezimmer. Im Laufe der Jahrmillionen haben Salmonellen ein filigranes Werkzeug entwickelt, das sie zu erfolgreichen Infizierern macht. Gelangen sie über das Essen in unseren Darm, bilden sie aus tausenden Molekülbausteinen winzige Spritzen aus, mit denen sie verschiedene Substanzen in die Darmzellen injizieren. Wie eine Droge veranlassen diese Substanzen die Darmzellen dazu, Dinge zu tun, die sie normalerweise nie tun würden: Sie nehmen die Salmonellen widerstandslos auf – Unternehmen Infektion geglückt.

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    Eine Salmonelle (rot) bringt die Darmzelle dazu, sie mit ihrer Membran zu umschließen und aufzunehmen – hier in 20.000-facher Vergrößerung. Bild: HZI/Manfred Rohde

    Kommt nun der Arzt mit einem Antibiotikum um die Ecke, räumen die meisten Salmonellen das Feld. Doch einige von ihnen machen es wie manche Menschen, wenn großer Stress droht: Sie schlafen ihn weg. Für Salmonellen bedeutet das, die Zellteilung runterzufahren und zu warten, bis das Antibiotikum durch ist. Viele Antibiotika töten nur sich teilende Bakterien, und so überdauern die Salmonellen mit dieser Strategie den Giftangriff als Schläferzellen.

    Einfach wieder ausspucken

    Bakterien der Gattungen Escherichia und Pseudomonas haben andere Tricks auf Lager, um sich vor Antibiotika zu schützen. In ihrer Außenhülle haben sie kleine Pumpen, mit denen sie Giftstoffe aus ihrem Innern befördern können. Das Darmbakterium Escherichia nutzt seine Pumpen eigentlich, um die giftigen Gallensalze des Darms zu beseitigen. Sonst könnten sie sich gar nicht erst dort ansiedeln. Mit Antibiotika machen sie genau das gleiche: Sie spucken sie sozusagen einfach wieder aus.

    Der Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa hat neben den Minipumpen noch einen anderen Schutzmechanismus: Er bildet Biofilme. Das sind dichte Kolonien in einem Netzwerk aus Zucker, das die Bakterien selbst um sich herum aufbauen. So schützt sich Pseudomonas vor Angriffen des Immunsystems und kann sogar lange Antibiotika-Therapien überstehen.

    Auch Streptokokken bilden Biofilme (links), und sie können sich in Zuckerkapseln einschließen (gelbe Hülle, rechts). Bilder: HZI/Manfred Rohde
    Auch Streptokokken bilden Biofilme (links), und sie können sich in Zuckerkapseln einschließen (gelbe Hülle, rechts). Bilder: HZI/Manfred Rohde


    Tarnung ist alles

    Streptokokken haben ein ganzes Arsenal an Infektionstricks entwickelt: Sie verschanzen sich in Biofilmen, tragen Rüstungen aus Zucker und beseitigen sogar ihre Hinterlassenschaften. Der Scharlach-Erreger Streptococcus pyogenes greift sogar direkt ins Immunsystem ein: Wenn eine menschliche Zelle von ihm infiziert wurde, sendet sie einen Hilferuf in Form eines bestimmten Botenstoffes aus, der Abwehrzellen anrücken lässt. Die Streptokokken besitzen aber eine molekulare Schere, mit der sie den Hilferuf einfach zerstückeln und somit verstummen lassen. Ganz ähnlich machen es auch die allseits „beliebten“ Chlamydien. Sie bekommen beim Eindringen in eine menschliche Zelle eine Art Siegel angehängt, das sie als Müll kennzeichnet. Normalerweise werden sie dann einfach ausgesondert und aufgelöst. Aber auch sie besitzen eine ganz bestimmte Schere, mit der sie das Siegel wieder abschneiden und sich so vor der Müllabfuhr der Zelle verstecken.

    Bakterien sind also ganz schön clever, wenn es darum geht, uns zu infizieren. Nur gut, dass die meisten von ihnen friedliche Absichten verfolgen.

    Habt ihr Fragen oder Anregungen?

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