Mikrobenzirkus

Keine Panik vor Bazille, Virus & Co


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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?

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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    Heute back ich, morgen brau ich – Geschichten über Hefen

    Weihnachten, Plätzchen, Feuerzangenbowle…Unterhalten wir uns doch einmal über eine weitere wichtige Gruppe von Mikroorganismen, die unsere Speisekammer bereichert – die Hefen – die Bereiter von Brot und Wein. Hefe wird den meisten unter euch wahrscheinlich in Form eines Würfels Bäckerhefe aus dem Supermarkt bekannt sein. Doch Hefen befinden sich ganz natürlich überall an unseren Händen, auf Pflanzen oder auch im Fruchtsaft oder gärendem Obst.

    Saccharomyces cerevisiae CC BY-SA 3.0

    Unter dem Mikroskop sind die Hefen als eiförmige Zellen sichtbar mit einem Durchmesser von bis zu zehn Mikrometern und einem Zellkern. Um nur ein Gramm Hefe zu haben, braucht es immerhin 20.000.000.000 dieser Zellen. Die Pilze werden auch als Sprosspilze bezeichnet, weil sie sich durch die so genannte Knospung vermehren und neue Tochterzellen bilden. Am geläufigsten ist die Bäckerhefe oder Saccharomyces cerevisiae.
    Der Name leitet sich aus dem griechischen Wort für »Zuckerpilz« und der lateinischen Bezeichnung für Bier ab. Das sagt auch schon sehr viel über den besonderen Stoffwechsel dieser Pilze aus. Sie sind nämlich in der Lage, Zucker zu verstoffwechseln.

    Beim Abbau von Zucker produziert die Hefe Alkohol und ein Gas, das Kohlendioxid. Dieser Stoffwechselweg wird als alkoholische Gärung bezeichnet, was äußerst amüsant in dem Film »Die Feuerzangenbowle« gezeigt wird. Ihr wisst schon:

    »Jeder nor einen wönzigen Schlock«.

    Bäckerhefe mit langer Geschichte

    Die Einzeller stellen die wichtigsten Organismen dar, die von uns Menschen in der Lebensmittelherstellung seit langer Zeit eingesetzt wurden. Die Ursprünge des Alkohols sind dabei unbekannt: Zwar wies der Anthropologe Patrick E. McGovern schon Alkoholspuren aus einer Mischung aus Reis, Honig und Früchten auf 9000 Jahre alten Tonscherben in einer jungsteinzeitlichen Siedlung in China nach. Wahrscheinlich hat aber der Mensch den Alkohol gar nicht erfunden. Interessanterweise sind nämlich alle Wirbeltierarten mit einem Leberenzymsystem ausgestattet, welches Alkohol abbauen kann.

    Tierische Saufnasen

    Das Spitzhörnchen Ptilocercus lowi mag durch Hefen vergorene Früchte besonders gern. (Joseph Wolf (1820 – 1899) – Proceedings of the Zoological Society of London, 1848, Mamm. pl. 2)

    Viele Tiere nehmen schließlich in ihrer natürlichen Umgebung Alkohol auf.
    Eine richtige kleine »Saufnase« ist das Federschwanz-Spitzhörnchen Ptilocercus lowii im malaysischen Regenwald. Als lebender Vorfahre der Primaten hat das Spitzhörnchen den zu Alkohol fermentierten Nektar in den Blütenknospen der Bertrampalme (Eugeissonia ztistis) als Delikatesse entdeckt, der dort von einer Gemeinschaft von Hefen produziert wird. Gleichzeitig erfüllt es dabei die lebenswichtige Aufgabe, die Palme zu bestäuben. Das bekommt es trotz der 3,8 Prozent Alkohol im vergorenen Blütennektar auch noch gut hin: denn bemerkenswerterweise zeigen die Spitzhörnchen keine Anzeichen von Trunkenheit. Auch Elefanten, Affen und Flughunde lieben Alkohol aus vergorenen Früchten. Der Suchtforscher Ronald Siegel beschreibt ganze Menagerien aus Dschungeltieren, die sich über Kilometer in Bewegung setzen, sobald der verlockende Duft gärender Stinkfrüchte wahrzunehmen ist . Daher ist auch anzunehmen, dass auch unsere menschlichen Vorfahren schon lange sehr genau wussten, wo sie solche Dschungelgelage feiern konnten oder wo sie spezielle Früchte, Wurzeln oder Knollen sammeln konnten – lange bevor sie Wein in Fässern ansetzten.

    Flüssiges Brot und die „Brotesser“ vom Nil

    Pyramiden-Komplex des Khefren von Uvo Holscher [Copyrighted free use], via Wikimedia Commons

    Hefe wurde bereits in der Antike zur Bierherstellung genutzt – damals aber eher noch unter weniger kontrollierten Bedingungen und mit so genannten »wilden« Hefen, die in der Natur zu finden sind. Die von den Hefen produzierten Stoffwechselprodukte lassen beim Backen den Teig aufgehen und verhelfen Getränken zum Alkoholgehalt. Schon die Phönizier brauten als Erste unter Zugabe dieses Pilzes ihr Bier. Die Ägypter entdeckten Bäckerhefe wahrscheinlich durch Zufall für die Herstellung von Brot, das durch die Besiedelung von Sauerteig durch Hefepilze wesentlich aromatischer und luftiger wurde als die bis dahin hergestellten herkömmlichen flachen Fladenbrote. So entwickelte sich sich Backen und Brauen in der Menschheitsgeschichte gemeinsam. Es ist daher durchaus legitim vom Bier, als »flüssigem Brot« zu sprechen.

    A funerary model of a bakery and brewery, dating the 11th dynasty, circa 2009-1998 B.C. Painted and gessoed wood, originally from Thebes. By Keith Schengili-Roberts (Own Work (photo)) [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

    Zwei große Erfindungen haben das Brotbacken entscheidend verändert. Die eine war der Bau von Backöfen, damit Brote erstmals gleichmäßig durchgebacken wurden. Vorher wurde Getreidebrei einfach zu einem Fladen getrocknet oder auf einem heißen Stein gebacken – so konnte er als Snack mitgenommen werden. Die zweite wichtige Erfindung war die Wirkung von Hefen.

    Überliefert ist eine Anekdote dazu: »Eine Sklavin im alten Ägypten hatte etwas Getreidebrei vergessen und ihn in der Sonne stehen lassen. Nachdem er zu gären begann, bekam sie einen großen Schreck wegen der Verschwendung und buk diesen Fladen doch noch. Er blähte sich aber beim Backen auf und so hatte sie erstmals in der Geschichte ein aufgegangenes Brot gebacken.«

    Ob sich wirklich den Ägyptern die Erfindung des Sauerteigs zuschreiben lässt, lässt sich nicht eindeutig sagen. Diese zufälligen Begebenheiten wurden an vielen Orten gleichzeitig beschrieben. Damit ist in der Geschichte der Übergang vom ungelockerten Fladen zum fluffigen Brot entstanden. Gewonnen wurde die Hefe bei den Ägyptern meist durch Abschöpfen von obergärig gebrautem Bier. Dadurch hatte die Hefe damals natürlich noch nicht die Reinheit, wie wir sie von heutigen Backhefen her kennen. Mehr als 30 Brotsorten kneteten die Ägypter schon aus ihren gegorenen Teig, was den Menschen am Nil den Spitznamen »Brotesser« einbrachte. Sie gaben das Verfahren, nach dem die Hefe beim Bierbrauen gewonnen und schließlich zur Herstellung von Broten genutzt wurde, an die Griechen weiter. Von diesen wiederum lernten die Römer.

    Über 300 Brotsorten in Deutschland

    Vielfältige Brotsorten (CC0 Creative Commons)

    Ab dem Mittelalter stellten die Menschen schließlich auch Backwaren aus anderen Teigmischungen her – unter Zugabe von Backhefe und verbesserten kontinuierlich die Methoden. Die Gärung als chemischer Prozess ist auch Namensgeber für unser Brot. Der Begriff stammt vom altdeutschen »prôt« ab, was soviel heißt wie »Gegorenes«. Irgendwann wurden die Hefen, die bei den Bierbrauern und Schnapsbrennern anfielen, einfach an die Bäckereien weiterverkauft. So änderte sich gegen Ende des 18. Jahrhunderts zunehmend die Heferasse in den Brauereien von obergäriger zu untergäriger Hefe, welche aber für die Bäckereien nur schlecht einsetzbar waren. Daher begannen die Bäcker Hefen zu kultivieren, die speziell zum Backen geeignet sind.

    Mittelalterliches Monatsbild (Dezember) aus einem Kalendarium: Ein Bäcker schiebt Brot in den Backofen.   (Quelle: Wikimedia, Gemeinfrei)

    Heute wird die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae bei der Herstellung beinahe aller Brot- und Brötchensorten sowie von traditionellem Kuchen mit Hefeteig zur Teigauflockerung verwendet. Während der Teig »geht«, entsteht durch alkoholische Gärung das Gas Kohlendioxid, welches sich fein im Teig verteilt und dessen Volumen beträchtlich vergrößern kann. Das entstandene Ethanol wird beim anschließenden Backprozess, zu dessen Beginn die Hefe auf Grund der hohen Temperaturen abstirbt, verdampft.

    In Deutschland gibt es heute etwa über 300 Brotsorten. Das liegt einmal an dem weiten Weg den die Kunst des Brotbackens von Ägypten über Griechenland bis zu den Römern zurücklegte – jeder entwickelt die Technik etwas weiter und erfand neue Rezepte. Ein weiterer Grund für die Vielfalt der Brotsorten ist die Tatsache, dass Deutschland im späten Mittelalter einem Flickenteppich unabhängiger Städte und Herzogtümern glich. Innerhalb dieser engen Grenzen entwickelten sich eigene Gebräuche und Sitten und dazu passende Brotsorten. Aber zurück in unsere heimische Küche und Speisekammer.

    Zum Ausprobieren – Leckeres Sauerteigbrot

    Ein mikrobiologisches Brotexperiment, welches ihr sehr gut zu Hause probieren können, ist das Backen eines Sauerteigbrotes. Heraus kommt ein besonders unvergleichlich knuspriges und duftendes Brot mit einem sehr aromatischen Geschmack. Obendrein es billig, sehr gesund und länger haltbar als normale Brote.

    Sauerteigbrot aus Roggenschrot (S. Thiele)

    Ein Sauerteig ist ein kleines Wunder der Natur. Dazu mischt ihr einfach Mehl und Wasser zu gleichen Teilen und lasst alles an einem warmen Ort stehen – 26 bis 28 Grad gelten als perfekt. Dann fängt der Ansatz buchstäblich an zu leben und zu blubbern. (Rezept zum Ansetzen) Auf Basis der ganz einfachen Wasser-Mehl-Mischung entsteht durch die Arbeit unzähliger Mikroorganismen ein besonderes schmackhaftes Brot. (Link zum Rezept)
    Im Sauerteig reichern sich Milchsäurebakterien, Essigsäurebakterien und Hefen an. Sie sind alle schon vorhanden – im Mehl, auf Deinen Händen, in der Luft. Sie haben im Sauerteig eine wichtige Arbeitsteilung. Die Milchsäurebakterien und Essigsäurebakterien sind für den Geschmack verantwortlich und produzieren Milch- oder Essigsäure und schaffen damit die wohnlichen Bedingungen für die wilden Hefen, die den Zucker aus der Stärke zu Kohlendioxid und etwas Alkohol umbauen. Am besten gelingt das Ganze mit Vollkornmehl, weil in den Schalen des Korns mehr Hefen sitzen. Im Sauerteig kommen vor allem die Hefen Saccharomyces cerevisiae, Pichia saitoi, Candida crusei und Torulopsis holmii vor. So entsteht ein natürliches Triebmittel zum Backen.
    Etwas Pflege und Zuwendung braucht so ein Sauerteig schon, um uns über Wochen, Monate oder gar Jahre zu begleiten. Er möchte regelmäßig wöchentlich gefüttert und an einen warmen Ort gestellt werden. Da wundert es nicht, dass manche Hobbybäcker ihren Sauerteig mit der Zeit wie ein Haustier liebgewinnen und ihm einen Namen geben.

    Geburt meines Sauerteigs mit dem Namen „Clint Yeastwood“ (S. Thiele)

    Der Engländer Tim Hayward zum Beispiel nennt seinen Sauerteig in seinem Buch »Hausgemacht« (Dorling Kinderlsey) ganz liebevoll »Lt. Ripley«. So heißt die von Sigourney Weaver in »Alien« gespielte Astronautin, die wie der Sauerteig die Zeit zwischen den Einsätzen im Tiefkühlfach liegt – bereit, »jederzeit wiederbelebt zu werden, wenn sie gebraucht wird«. Mein Haustier heißt übriges „Clint Yeastwood“ (Yeast = englisch für Hefe).
    Wer seinen geliebten Sauerteig nicht einfrieren möchte, kann ihn in Schweden sogar in Pflege geben – quasi in einem Brothotel, wenn ihr selbst auf Reisen geht. Allerdings schlafen die Teige nicht in flauschigen Betten, sondern in Regalen der Bäckerei RC Chocolat, die direkt am Stockholmer Flughafen sitzt. Skurril aber wahr.

    San Francisco Sourdough – ganz spezielle Sauerteige

    Jeder Sauerteig ist durch seine ganz spezielle regionale und persönliche Kombination seiner Mikrobenwohngemeinschaft etwas ganz Einzigartiges und verleiht dem Brot sein spezielles Aroma. So gibt es Geschichten über eine Münchner Bäckerei mit einem berühmten Sauerteig, die den Umzug nach Berlin nicht verkraftete – die Berliner Luft und alles was darin lebt verlieh dem Brot einfach einen ungewohnten Geschmack.

    … San Francisco – Fisherman’s Wharf: Boudin Bakery & Café | by wallyg

    Manchmal werden aber gerade dadurch regionale Spezialitäten geschaffen – wie das »San Francisco Sourdough Bread«, für welches die goldene Stadt neben ihren Straßen berühmt ist. Der Goldrausch zog viele Glückssucher an, wie auch die französische Bäckersfamilie Boudin, die 1849 eintraf. Isidore Boudin verwendete natürliche aus der Luft eingesammelte Hefen und Bakterien zum Brotbacken, aber im Klima San Franciscos kam ein ganz anderes Brot dabei heraus als in Frankreich. Eine völlig neue Brotsorte aus Weizenmehl war geboren: Der »Lactobacillus San Francisco« und die spezielle Hefe Candida humilis produzieren dank des in der Bay herrschenden feuchten und milden Ostseeklimas einen besonders schmackhaften und würzigen Sauerteig.

    Clam Chowder in Sourdough Bread Bowl from Boudin (Fisherman’s Wharf. Thiele)

    Dieser Sauerteig ist heute schon etwa 160 Jahre alt und die Boudin Bakery an der Fisherman’s Wharf (160 Jefferson St) mit ihren Sauerteigbroten in Tierform gehört heute zu den gastronomischen Highlights San Franciscos.

    Aber wer sagt denn, dass nicht auch ihr eine lokale und gesunde Spezialität kreieren könnt mit eurem heimischen Mikrobenmix – ein eigenes Brot abseits des allgemeinen »Einheitsbreis«?
    Spätestens der internationale Tag des Sauerteigs am 1. April ist ein guter Tag, um zu beginnen. Das ist kein Scherz. Denn an diesem Tag kommt Sauerteig von früh bis spät auf den Tisch – Rezepte zur Inspiration gibt es genug. Das wäre doch schon ein neues Vorhaben für 2019!

    Ich wünsche euch fröhliche Weihnachten!

    Mikrobiologische Grüße

    Susanne

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      Lactobacillus-Gastartikel auf BETTER THAN EVER

      Better than ever

      Quelle: Better than ever

      Das Online-Portal Better Than Ever hatte mich zu einem Gastartikel eingeladen – über das nützliche Bakterium Lactobacillus und seine Bedeutung für unsere Gesundheit.

      Lactobacillus ist wichtig bei der Verdauung, für gestillte Babys, als Milchsäurebildner für begeisterte Fermentierer und vieles mehr.

      Hier ist der Link: https://better-than-ever.com/tipps/lactobacillus-alleskoenner-fuer-die-gesundheit/

      Viel Spaß beim Lesen!

      Probiotische Grüße

      Susanne

       


      4 Kommentare

      Dem Biergeheimnis auf der Spur

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      Hefen geben dem Bier seinen besonderen Geschmack @Pixabay

      Wasser, Malz und Hopfen braucht man für ein gutes Bier. Das war’s, fast zumindest. Damit aus den Zutaten ein alkoholisches Getränk wird, muss Hefe ausreichend Stärke und Zucker in Alkohol umwandeln. Wie das Bier schmeckt, hängt deshalb auch von bestimmten Fähigkeiten der Mikroorganismen ab. 

       

      Die Hefe ist eine häufig unterschätzte Komponente beim Geschmack von Bier und auch Wein. Sie vergären natürlich den Zucker zu Alkohol und Kohlendioxid: die Hefen tragen auch mit unterschiedlichen Geschmackskomponenten zum gesamten Mix im Fermentationsprozess bei.

      Mikrobiologen entdecken nach und nach die Geheimnisse hinter dem Bier- und Wein-Geschmack. Um besser zu verstehen, wie das Ganze funktioniert, haben Wissenschaftler jetzt mit gentechnischen Methoden untersucht, welche Hefe-Gene genau verantwortlich für die Geschmacksnoten sind. Sie hoffen, dass sie damit in Zukunft Hefen züchten können, die spezifische Aromen und Geschmacksrichtungen produzieren.

      In der Studie die in dieser Woche beim Journal mBio, ein Open-Access Journal der American Society for Microbiology erschien, berichten belgische Forscher, dass sie Hefe-Gene entdeckt haben, welche für die Geschmacksrichtung Phenylethylacetat verantwortlich sind – bekannt für seine angenehme Rosen- und Honig-Note.

      „In einigen Weinen, nimmt man die Rosen-Note mehr als in anderen wahr. Aber warum einige Hefearten mehr dieser Verbindung herstellen als andere, war bisher unbekannt.“

      Mikrobiologe  Johan Thevelein, einer der Autoren der Studie

      Saccharomyces_cerevisiae_SEM

      Mit einigen genetischen Tricks und High-Throughput-Analysen untersuchten die Forscher Saccharomyces cerevisiae, eine hybriden Art aus klassischer Bierhefe und einer weiteren Hefe. Sie wurden fündig und isolierten zwei Gene, die sie hinter der Produktion von Phenylethylacetat vermuten.

      Unter Nutzung der CRISR/CAS9 –Gen Editing Methode mit einer „Genschere“- waren sie in der Lage durch die Übertragung der Gene eine neue Hefe-Art zu erschaffen, die die Verbindung für die Geschmacksnote nun signifikant erhöht.

      Solche neuen Hefearten mit speziellen Eigenschaften für besondere Effekte bei Wein oder Bier zu züchten, ist prinzipiell nichts Neues – betonen die Forscher. Aber in der Vergangenheit war dieser Prozess sehr beschwerlich und oft ein Zufallstreffer. Die wissenschaftlichen Arbeiten der belgischen Forscher machen den ganzen Suchprozess gezielter und viel effizienter.

      „Wir müssen nur zwei Dinge tun: Das gewünschte Merkmal in der Hefe verbessern und dabei aber nichts anderes in der Hefe verändern. In der Praxis ist das letzte viel schwerer als das erste. Werden bei der Fermentation Hefen verwendet, die nicht den gewünschten Effekt haben, läuft der ganze Gärprozess schlecht und das ganze Bier kann weggeschüttet werden.“

      Johan Thevelein

      Mit derselben Gene-Editing –Methode wurden in den vergangen Jahren schon weitere spezifische Gene hinter einer Vielzahl von Geschmäckern entdeckt: z.B. Nerolidol (ein holziger Duft) Ethyl-Acetat (ein süßer Duft wie in Nagelack). Gleichzeitig identifizierten Thevelein und sein Team die Gene für Bananen- und butter-ähnliche Düfte.

      beer-barrel-956322_1920

      Bierfass @Pixabay

      Derzeitig kooperiert das Forscherteam mit einer Belgischen Brauerei, um ihre Erkenntnisse in der Praxis zu testen.

      Und das ist sicher nicht der schlechteste Teil des ganzen Experiments 🙂 !

       

       

       

      Quelle: http://mbio.asm.org/content/8/6/e01173-17?utm_source=press%20release&utm_medium=website

      Mit mikrobiologischen Grüßen

      Susanne


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      Mikroben-Party im Kühlschrank

      Schön, dass ich bei dem Eisregen draußen hier drinnen sitzen und einen Blogartikel schreiben darf. Wer weiß schon genau, ob mich die Kälte oder die letzten Feiertage mit gutem Essen dazu inspirierten – heute soll es jedenfalls um den Kühlschrank gehen. Er darf natürlich als treuer Begleiter alle Köche und Gourmets in keiner Küche fehlen.

      Aber habt ihr euch eigentlich mal genauer überlegt, warum wir ihn haben? Richtig! Er soll unsere Lebensmittel länger vor dem Verderben und Verschimmeln retten und dafür die Zahl der, immer hungrigen und gefrässigen, Bakterien und Pilze schön klein halten. Letztendlich haben wir ihn – wie auch den Tiefkühler, die Geschirrspülmaschine oder unsere Waschmaschine den Mikroben zu verdanken. Aber wie haben das unsere Vorfahren eigentlich mit dem Kühlen hinbekommen? Ein kurzer Rückblick in die Geschichte gefällig?

      Wie alles begann: Die Geschichte des Kühlschranks

      In der Zeit der Jäger und Sammler war das noch recht unkompliziert. Alle Nahrung, die Man(n) jagte oder Frau gesammelt hatte, wurde gleich verzehrt. Anspruchsvoller wurde es, als unsere Vorfahren sesshaft wurden. Wie konnte man Vorräte länger haltbar machen? In der Antike holten sich die cleveren Alpenbewohner einfach dazu Eisblöcke von den Bergen ins Haus. Auch Erdlöcher im Boden oder ein naheliegender See oder Teich wurden gern genutzt. Wer nicht gerade einen Gletscher in der Nähe hatte, musste schon etwas kreativer werden. Lange musste sich man sich mit anderen Konservierungsmethoden begnügen. Da wurde gepökelt, eingekocht, getrocknet und geräuchert. Ein beliebter Ort, um sich einen Lebensmittelvorrat in Tongefäßen oder Holzfässern zu halten, war der Keller unter dem Haus.

      „Mit Eis stopf‘ deine Keller voll, wenn dein Bier gelingen soll!“
      Bayerischer Brauer- und Mälzerkalender,  Januar 1880

      Im 19. Jahrhundert entwickelte sich in den europäischen Großstädten ein richtiger Handel mit dem Eisblock. Aus Eisfabriken wurden riesige Eistangen in die großbürgerlichen Haushalte geliefert. Sie wurden in speziell dafür mit Dämmstoffen und Holz ausgerüstete Kisten gestellt. Die frischen Lebensmittel lagerte man einfach in deren Mitte. Noch heute werden in einigen deutschsprachigen Regionen die Kühlschränke deshalb als „Eisschränke“ oder „Eiskisten“ bezeichnet. Noch bis vor 50 Jahren wurde Stangeneis in Restaurants zur Getränkekühlung benutzt. Es wurde vom Eismann in einem Kühlhaus oder Eiskeller aufbewahrt, im Sommer ausgeliefert und auf Geschäfte und Haushalte verteilt.

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      Eisschrank, Stuttgart um 1900 (Quelle: gemeinfrei)

      Schon im Jahre 1748 stellte William Cullen die erste künstliche Kühlung an der Universität in Glasgow vor. Der erste chemische Kühlschrank wurde bereits 1834 kommerziell vermarktet und später (1859) durch Ferdinand Carré weiterentwickelt. Das war aber alles noch sehr teuer für den Normalbürger.

      Erst durch einen elementaren Beitrag von Carl von Linde wurde 1876 eine technisch –chemische Kältemaschine, der Vorläufer des uns heute bekannten Kühlschranks, entwickelt. Das revolutionierte die privaten Haushalte. In den 1920er Jahren war der Kühlschrank in den USA schon ein Verkaufsschlager. Die Europäer setzten weiterhin noch auf ihre kühlen Aufbewahrungsorte. Der Kühlschrank feierte in Deutschland erst in den 1950er Jahren Erfolge, verzögert durch den Zweiten Weltkrieg.
      Ab jetzt änderte sich die Hausarbeit nachhaltig. Tägliches Einkaufen war nicht mehr nötig. Bis dato war die meistverzehrteste Fleischsorte durchwachsender und gepökelter Speck. Jetzt veränderte der Kühlschrank den ganzen Speiseplan: Würstchen, exotisches Obst, kalte Platten, Buttercreme, Eier und Mayonnaise wurden in den 1960er Jahren immer beliebter.

      Ökologische Nische Kühlschrank

      Wer nun aber denkt, mit der Entwicklung des Kühlschranks wurde den Mikroben der Garaus gemacht – der irrt. Kälte killt keine Keime!
      Der Kühlschrank ist nicht nur bei uns Zweibeinern der beliebteste und meistfrequentierte Ort in der Küche. Im Kühlschrank tummeln sich mehr als 11,4 Millionen Keime pro Quadratzentimeter – das fanden US-Forscher bereits vor Jahren heraus. Auf Toilettensitzen – die Bakterien zu trocken, zu kalt und zu gut geputzt sind – fanden sie im Gegenzug nur etwa 100 Erreger pro Quadratzentimeter.

      „Wer Angst vor der Klobrille hat, sollte nichts mehr aus dem Kühlschrank essen“. Bonmot unter Hygienikern

      Mikroorganismen sind sehr anpassungsfähig und besiedeln jede verfügbare Nahrungsquelle. Und da gibt es im Kühlschrank freie Lebensmittelauswahl: hier ein angeschimmelter Joghurt, dort ein vergessener Käse und im Gemüsefach ein in sich zusammenfallender Salat. Offene Milchquellen sind für Bakterien jedes Mal gleichzusetzten mit einer neuen Wohnung. Kommen noch ein paar Krümel und neue offen gelagerte Speisen dazu, komplettiert das den „All inclusive-Urlaub“.

      Ganz heimtückische Gesellen im Kühlschrank sind zum Beispiel die kälteliebenden Listerien oder Yersinien, die sich auch problemlos bei Temperaturen unter der Null-Grenze vermehren und Magen-Darmerkrankungen oder Fieber beim immungeschwächten Menschen verursachen können.

      Krankheitserreger wie Salmonellen oder Campylobacter überstehen auf rohem Fleisch z.B. auftauendes Tiefkühlhähnchen locker 2-3 Tage in einem typischen Studentenkühlschrank, in dem sich Flaschennahrung und Fertigpizza in großen Zeitzyklen abwechseln. Durch die Kälte sterben die Keime nicht ab, sondern wachsen nur langsamer. Wenn es dann wärmer wird, vermehren sie sich mit rasender Geschwindigkeit. Das Hauptproblem in den Kühlgeräten sind oft die mit über 8 Grad zu hoch eingestellten Temperaturen. Dieses Klima ist ein idealer Nährboden für Viren und Bakterien. Optimal laut TÜV sind für Lebensmittel 5 Grad.

      Antibakterielle Oberflächen sind für Bakterien eher ein Witz und werden auch von den Gesundheitsämtern immer wieder angezweifelt.Besonders beliebt bei Bakterie & Co sind übrigens die Fächer, wo die Temperaturen etwas höher sind – die Gemüsefächer. Das enthüllte letztens eine südkoreanische Studie. Hier ist die Artenvielfalt ebenfalls höher als auf dem immer gerne zum Vergleich herangezogenen Toilettensitz. Deshalb sollte ungewaschenes Gemüse am besten auch immer verpackt in den Kühlschrank gelegt werden und das Fach regelmäßig ausgewischt werden.
      Das ist auch die Haupthygieneregel im Kühlschrank zum Mitnehmen: Nichts offen lagern. Plastikdosen, Schraubgläser oder Folienhüte machen Keimen die Wanderung schwerer. Und abgelaufene oder verschimmelte Lebensmittel braucht man auch nicht weiter zu inkubieren.

      Beim Putzen geht es nicht ums Überleben

      Wusstet ihr, dass besonders viele der Winzlinge an der Kühlschrankinnenseite, der am seltensten geputzten Fläche im Haushalt leben? Und wenn wir schon beim Putzen sind. Hier noch ein paar Tipps!

      Regelmäßiges Putzen mit einem Reiniger auf Seifenbasis oder heißem Essigwasser reicht vollkommen aus. Die Säure tötet Mikroorganismen ab. Desinfektionsmittel sind im Kühlschrank nicht nötig, sonst drohen andere Allergieprobleme. Wichtig ist aber, auch mal kräftig schrubben. Bakterien bilden gerne Biofilme, die nur mit Reiniger schlecht in Griff zu bekommen sind. Vergesst auch den Kühlschrankgriff nicht, der wird täglich mit allerlei Spuren an den Händen „begriffelt“.
      Die Ablaufrinne im Kühlschrank verdient besondere Aufmerksamkeit. Dort leben etwa 11 Millionen Bakterien. Das Tauwasserablaufloch bekommt man prima mit einem Pfeifenreiniger sauber.
      Und abschließend noch ein kleiner Tipp: Es ist auch nicht wahr, dass Bakterien bei -8 Grad sterben. Das nur, falls ihr glaubt, dass man die Gefrierschrankschubladen nicht ab und zu putzen muss.

      Letztendlich geht es aber nicht darum, alle Keime auszuradieren, sondern, zwischen uns und den Mikroben eine gute gesunde Balance herzustellen. Also auf gute Nachbarschaft!

      Mikrobiologische Grüße

      Susanne 😉


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      Korsisches Kastanienbier Pietra – Was ist untergärig?

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      Korsisches Kastanienbier Pietra Quelle: Thiele

      Der Juli ist schon wieder vorbei und damit meine Sommerpause. Für den „Mikrobenzirkus on Tour“ war ich diesmal in Korsika unterwegs und habe natürlich wieder ein neues mikrobiologisches Souvenir mitgebracht. Diesmal ein ganz besonderes Bier – das direkt aus Korsika stammende Pietra à la Châtaigne (oder auch Pietra Ambrée).

      Pietra ist ein untergäriges Bier – dazu später für die Mikrobiologie-Nerds noch etwas mehr. Zuerst einmal gibt es noch Interessantes zur Entstehungsgeschichte dieses Bieres zu erzählen.

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      Geröstete Maronen Quelle: Thiele

      Das Besondere an Pietra ist, dass hier neben der Mischung verschiedener Malze auch korsisches Kastanienmehl die Grundlage für die Maische bildet. In Korsika werden für regionale Spezialitäten gern Maronen, also Esskastanien, verwendet z. B. für Gebäck oder Brotaufstrich.

      Die Kastanien für Pietra-Bier stammen aus dem Kastanienwald aus der Region Castagniccia, der mit über 1000 Höhenmetern zu den schönsten und höchstgelegenen in Europa gehört. Die Wälder sind über die steinigen Wege sehr schlecht zugänglich. Deshalb werden die Kastanien angeblich mit Eseln zur Brauerei transportiert.

      Kein Bier auf Korsika

      Die Bierbraukunst schaut in Korsika übrigens nur auf eine sehr kurze Geschichte zurück. Erst seit 1995 wird dort Bier gebraut. Wieso das? Der gebürtige Korse Dominique Sialelli kam durch erst einen Zufall auf die Idee zur Gründung einer Brauerei. Während eines Heimaturlaubs wollte er in einer Dorfkneipe ein typisch korsisches Bier bestellen. So etwas gab es nicht und man verwies ihn nur auf Importe vom Festland. Er verbiss sich in die Idee ein typisch korsisches Bier zu entwickeln und verlieh seiner Kreation den Namen „Pietra“ nach einer Abkürzung seines Heimatortes. Die erste Brauerei auf Korsika entstand in dem kleinen Ort Furiani. Pietra wird als Herbstbier vermarktet, weil im Herbst die Kastanien geerntet werden.

      Bei den patriotischen Korsen wurde das Bier sehr schnell zum Erfolg. Kaum eine Kneipe, Café oder eine Bar schenkt das Kastanienbier nicht aus. Die Pietra-Familie wurde später noch ergänzt um ein Weizenbier mit korsischen Macchia-Kräutern (Colomba) und ein blondes Bier (Serena).

      Das Pietra-Bier gehört also zum Korsika-Urlaub unbedingt dazu. Es hat eine schöne Bernsteinfarbe und ein intensives nussig-karamelliges Kastanienaroma. Da ich geröstete Esskastanien sehr mag, traf das Bier natürlich voll meinen Geschmack. Man sollte es aber nicht kühlschrankkalt trinken, da sonst die feinen Geschmacksaromen nicht voll zur Geltung kommen. Also am besten etwas bei etwas bei Zimmertemperatur stehen lassen und etwa bei Temperaturen wie einen Weißwein genießen.

      Und – Pietra ist kein günstiger Spaß. Eine Dose mit 0,5 Liter kostet zwischen 1,90 und 2,40 im korsischen Supermarkt. In Deutschland gibt es Pietra in Spezialitätenläden oder es ist auch im Internet erhältlich.

      Die Pietra- Brauerei „Brasserei Pietra“  in Furiani südlich von Bastia ist übrigens auch zu besichtigen. Die Führungen finden in den Monaten Juli und August und nur in französischer Sprache statt.

      Hefen und der Trank der Götter

      Wenn es nun hier schon um die Brauerei geht, wenden wir uns doch nochmal etwas detaillierter der Herstellung des Bieres zu. Man unterscheidet obergärige Biere (Weißbier, Kölsch oder Alt) und untergärige, wie z. B. das Pietra oder Pils.

      Bakersyeast Sacch. cerevisiae

      Obergärige Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae 1 pixel = 0.038 um, Field of view is 85.12 uM in Diameter (CC BY-SA 3.0)

      Diese Unterscheidung beruht darauf, dass unterschiedliche Heferassen zum Bierbrauen verwendet werden. Obergärige Hefen, wie z.B. (Saccharomyces cerevisiae) bilden bei der Vermehrung Sprossverbände, da heißt die Hefen bleiben verbunden und werden durch die aufsteigende Kohlensäure nach oben – an die Oberfläche gebracht.

      Untergärige Heferassen wie (Saccharomyces carlsbergiensis) bleiben nicht verbunden und sinken nach unten auf den Kesselboden ab. Sie sind eben- untergärig.

      Wenn ihr eine Brauerei besichtigt, wisst ihr sofort welches Bier hergestellt wird. Ist es im Gärkeller angenehm warm, werden obergärige Biere hergestellt, fröstelt man – entstehen untergärige Biere. Das liegt daran, dass obergärige Hefen gern bei Zimmertemperatur 15-20 Grad Celsius wachsen, untergärige Rassen es aber lieber etwas kühler haben (4-9 Grad Celsius).  So konnten untergärige Bier früher auch nur im kalten Winter hergestellt werden. Bei den obergärigen Bieren war das ganzjährig bei Zimmertemperatur möglich. Das ist deshalb auch die ältere Methode. Mit der Erfindung der Kältemaschine durch Carl von Linde im Jahre 1873 begann der Siegeszug der untergärigen Biere.

      Hefe bringt Pep ins Bier

      Die Hefe ist im Brauprozess sehr wichtig. Sie bringt die aus Malz hergestellte Bierwürze zum Gären. Wir sprechen hier auch von der alkoholischen Gärung. Bei dieser Gärung entstehen aus Malzzucker Kohlensäure und Alkohol. Diese Wirkung von Hefe war zwar schon sehr früh bekannt. Richtig wissenschaftlich erforscht, wurde sie aber erst Ende des 19. Jahrhunderts durch den Franzosen Louis Pasteur und den Dänen Christian Hansen, die verschiedene Heferassen nachwiesen, die sich exzellent zum Bierbrauen eignen. Neben dem Alkohol produzieren die Hefezellen außerdem auch noch bis zu 300 flüchtige und nichtflüchtige Nebenprodukte, z. B. weitere Alkohole, Ester oder Aldehyde, die den Eigengeschmack des Bieres bestimmen. Dabei sind die Hefen sehr ökonomisch, sie vermehren sich ständig weiter und können nach dem Brauprozess einfach gereinigt und weiterverwendet werden.

      Bier schäumt nicht vor Wut

      Erst die Hefe lässt den Gerstensaft so richtig prickeln. Durch die Beigabe von Hefe wird Malzzucker in der Bierwürze wie schon kurz erwähnt in Alkohol und Kohlensäure umgewandelt. Rund sechs bis acht Tage muss die Hefe dafür im Gärtank arbeiten. Die dann im Bier gelöste Kohlensäure ist verantwortlich für die Entstehung des Bierschaums. Je wärmer das Bier ist, desto schneller perlt die Kohlensäure aus dem Bier. Beim Einschenken entweicht die Kohlensäure dann wieder. Auf dem Weg nach oben im Glas lagern sich an die Bläschen Moleküle an – vor allem Eiweiß aus der Gerste oder dem Weizen. Dadurch bilden sich elastische Häutchen um die Blasen. Das Gemisch setzt sich an der Oberfläche des Bieres ab und bildet den sahnigen weißen Bierschaum.

      Nach so viel „Biertheorie“ verspüren wahrscheinlich jetzt einige Appetit auf ein „Kühles“ aus dem Kühlschrank. Na dann Prost!

      Und zum Abschluss noch ein paar Impressionen aus Korsika. Es ist wirklich ein wunderschöne Landschaft und ein echter Geheimtipp.

       

      Mit mikrobiologischen Grüßen

      Susanne


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      Lecker Plastik für Bakterien

      Mikrobe des Monats 03/2016 – Ideonella sakaiensis.

      plastic-bottles-115082_1920_ CC0 Public Domain

      Plastikflaschen stehen auf der Speisekarte von Bakterien (CC0 Public Domain)

      In diesem Monat drängt sich ein gerade „frisch entdecktes“ Bakterium förmlich für einen Beitrag zur Mikrobe des Monats auf – das Bakterium Ideonella sakaiensis 201-F6. Ganz oben auf der Speisekarte des ungewöhnlichen Mikroorganismus steht Plastik- vor allem die transparenten Flaschen aus dem Kunststoff PET – Polyethylenterephthalat.

      Eigentlich sieht die Ideonella aus wie ein ganz gewöhnliches Bakterium, aber seine besonderen Stoffwechselfähigkeiten machen es zu einem Helden. Japanische Forscher um Shosuke Yoshida vom Kyoto Institute of Technology haben die Bakterien in einer Recycling-Anlage für Plastik entdeckt und die Studie im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht. Das Bakterium ist in der Lage, den PET-Kunststoff in wenigen Wochen restlos zu zersetzen und dabei sogar noch äußerst effektiv Energie gewinnen. Nur bei bestimmten Pilzen waren bisher solche Fähigkeiten bekannt.

      Hilfe für Plastik-Ozeane?

      Bislang ging die Forschung noch davon aus, dass die Flaschen aus PET – nicht von Bakterien oder Kleinstlebewesen verdaut werden können. Es dauert etwa 450 Jahre, bis sich eine Kunstofflasche zersetzt hat, schätzt das Umweltbundesamt. Durch das Sonnenlicht und das salzige Meerwasser löst sich das Plastik zwar in kleine Schnipsel auf, komplett zersetzt wird es aber nicht. Kleinste Partikel, die sogenannte „Mikroplastik“ verbleibt in Meeren und Gewässern oder findet sogar den Weg zurück über die Nahrungskette in den Menschen.

      Eine plastikfressende Mikrobe wäre eigentlich ziemlich praktisch, könnte man sich nun denken. Hat sich endlich ein glücklicher Abnehmer für die riesigen Mengen an Plastikmüll gefunden, die jedes Jahr produziert werden und im Meer, in Flüssen und im Erdboden landen. Mehr als 300 Millionen Tonnen Kunststoff werden jährlich weltweit produziert, darunter etwa 50 Millionen PET. Wir müllen langsam die Erde mit Plastik zu. Aber die Natur scheint sich selbst zu helfen.

      Plastikverwerter mit Spezialenzymen

      Plastic-Eating-Bacterium

      Plastikfressendes Bakterium (Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology)

      Der japanische Forscher Yoshida und sein Team gingen davon aus, das bestimmte Mikroben die Stoffwechselfähigkeit zum Kunststoffverdauen entwickeln könnten. So suchten sie ganz gezielt an Orten mit einem großen Nahrungsangebot an PET, wo die natürliche Auslese diese Arten begünstigen würde. Und sie wurden fündig. Sie beobachteten, dass die Bakterien bei 30˚ Celsius nur sechs Wochen brauchten, um einen dünnen Plastikfilm fast komplett zu zersetzen. Das ist schon viel schneller im Vergleich zu den üblichen 450 Jahren! Im Stoffwechsel des Bakteriums sind dazu zwei Spezialenzyme vorhanden.

      Die Bakterien siedeln sich an der rauhen Plastikoberfläche an und sondern ein erstes Enzym ab – die PETase. Dieses bricht die chemischen Bindungen im Kunststoff PET auf. Ein Zwischenprodukt entsteht. Mit einem zweiten Enzym der MHETase wird es in die Grundbausteine Glykol und Terephthalsäure gespalten. Diese Produkte kann das Bakterium direkt zur Energiegewinnung nutzen. Nur Kohlenstoff und Wasserstoff bleiben übrig.

      Schnelle Evolution der Bakterien

      Für die Forscher ist es noch rätselhaft, warum die Bakterien ihre beiden hochselektiven Enzyme für den Plastikabbau entwickelt haben. Die Enzyme waren bisher so nicht bekannt und ähneln auch anderen Enzymen nicht. Zudem gibt es den Kunststoff PET erst seit rund 70 Jahren. Für eine evolutionäre Anpassung der Bakterien an das Nahrungsangebot PET wäre das eine extrem kurze Zeit.

      Neue Chancen in Sachen Müll

      Die Forscher hoffen jetzt, dass sie einen wichtigen Beitrag gegen die wachsende Umweltverschmutzung durch Plastikmüll leisten können, etwa durch wirksameres Recycling von Kunststoffabfällen. Bisher ist Ideonella sakaiensis noch etwas zu langsam, um das globale Müllproblem zu lösen. Die Spezialenzyme könnten aber in andere, schnellere Stämme eingebracht werden.

      Fazit: Die Entdeckung von Ideonella ist der Startschuss für weitere Forschung und neue Chancen in der Beseitigung von Plastikmüll.

      Quelle:

      Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji, Yasuhito Maeda, Kiyotsuna Toyohara, Kenji Miyamoto, Yoshiharu Kimura, Kohei Oda: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). In: Science. 351, Nr. 6278, 11. März 2016, S. 1196–1199, doi:10.1126/science.aad6359.

      Ich freue mich über Fragen und Kommentare!

       


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      Gute Keime aus dem Wasserhahn

      Ein Glas Trinkwasser aus dem Wasserhahn enthält 10 Millionen Bakterien

      Ein Glas Trinkwasser aus dem Wasserhahn enthält 10 Millionen Bakterien. Bildquelle: (Roger McLassus) [GFDL http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

      Unser Trinkwasser ist keinesfalls steril. Das sollte jedem klar sein. Und das obwohl es zu den am besten kontrollierten Lebensmitteln in Deutschland gehört. Bis zu 125 Liter verbraucht jeder Deutsche täglich – laut Statistischem Bundesamt. In einem Glas Leitungswasser tummeln sich etwa 10.000 unerkannte Bakterien, das haben schwedische Forscher von der Lund Universität jetzt entdeckt. Das ist kein Grund zur Sorge oder dafür, nun auf Mineralwasser in Flaschen, Bier oder Kaffee umzustellen. Die Mikroben sind für uns nicht schädlich, sondern sogar nützlich. Aber wie kommen die Mikroorganismen in das Wasser und wieso wird das erst jetzt bekannt?

      Strenge Kontrollen für Trinkwasser

      Unser Trinkwasser ist in Deutschland sogar sauberer und schadstofffreier als manche Mineralwässer. Aber der Weg vom Meer bis zum Verbraucher ist lang. Das Wasser stammt vom Regen, aus Seen usw. Komplizierte Aufbereitungsverfahren entziehen dem Wasser Schmutz, Keime oder Umweltgifte, damit diese nicht in die Leitungen gelangen (Grenzwerte).Über ein unterirdisches Rohrleitungssystem kommt es in unseren Haushalt und bis in unseren Wasserhahn.
      Die Leitungen und Wasserzähler sind ein wunderbares Ökosystem für Bakterien. Die schwedische Forscherin Catherine Paul hat mit ihrem Team jetzt eine völlig unbekannte Organismenwelt in den Leitungen entdeckt, die bisher allen Tests entgangen war.

      80.000 Mikroben in einem Milliliter Wasser

      „Ein zuvor komplett unbekanntes Ökosystem hat sich uns enthüllt“, sagte Catherine Paul von der Lund Universität.

      „Als ob man mit einer statt mit einer funzeligen Taschenlampe plötzlich den Lichtschalter findet, der den Raum erhellt. Früher konnten wir fast gar keine Bakterien sehen, aber jetzt finden wir plötzlich 80.000 Mikroben pro Milliliter Wasser“.

      Das Forscherteam hatte Proben aus Belägen an der Innenseite von sechs verschiedenen Trinkwasserleitungen und Wasserzählern untersucht und einer Erbgutuntersuchung, einer DNA-Analyse, unterzogen. Auch welche Arten von Bakterien in den Ablagerungen vorkommen, wurde untersucht, indem bestimmte Abschnitte der ribosomalen RNA verglichen wurden. Und das Ergebnis war überraschend. Etwa 10 Millionen Mikroorganismen nehmen wir mit einem Glas Leitungswasser zu uns. Das erklärt Catherine Paul in diesem Video der Lund Universität.

       

       

      Porträt einer Mikrobengemeinschaft in der Röhre

      Für die neue Erkenntnis einer wimmelnden Mikrowelt in unseren Wasserleitungen ist eine neue moderne, sehr präzise Sequenziertechnologie verantwortlich – das Next-Generation-Sequencing (NGS). Mikrobiologische Tests von Trinkwasser waren bisher nicht einfach. Weniger als 10 Prozent der Bakterien in Frisch – und Trinkwasser sind überhaupt kultivierbar. Die neue Technologie bietet damit entscheidenden Vorteil. Man braucht die Mikroben nicht mehr zu isolieren und sie auf Agar oder in Nährlösung mühsam anzüchten, um sie später zu identifizieren. Die vollkommen kulturunabhängige NGS-Methode zeigt uns damit ein kompletteres Bild der Mikrobengemeinschaft in den Biofilmen der Leitungen.

      „Schleimstädte“ in den Rohrleitungen

      Phasen der Entwicklung eines Biofilms,

      Phasen der Entwicklung eines Biofilms, Foto: D. Davis – Aus: Looking for Chinks in the Armor of Bacterial Biofilms Monroe D PLoS Biology Vol. 5, No. 11, e307 doi:10.1371/journal.pbio.0050307, Wikipedia / CC BY 2.5

      Die meisten Bakterien schwimmen nicht frei als Einzelorganismen im Trinkwasser. Sie stammen aus den Ablagerungen der Rohrleitungen, den sogenannten Biofilmen. Diese Biofilme sind wahre Paradiese für Mikroorganismen!
      Die von Schleim umhüllten Kolonien sind besonders widerstandsfähig und robust gegen schädliche Umwelteinflüsse. Mehr als 95 Prozent der Bakterien sitzen als dünne Schicht auf den Oberflächen der Leitungen und Wasserzähler. Mikroben bilden solche „Schleimstädte“ zu ihrem Vorteil als eine symbiotische Lebensgemeinschaft aus Bakterien, Pilzen und auch Algen und Protozoen. Sie nutzen dabei Schutzmechanismen und Stoffwechseleigenschaften der jeweils anderen Spezies aus.

      Gutartige Helfer bei der Abwasserreinigung

      Die harmlosen Bakterien in den Biofilmen sind kein Grund zur Sorge sagt die Expertin Cathrine Paul: „Wir gehen davon aus, dass es sich vor allem um gute Keime handelt, die dabei helfen, das Trinkwasser zu reinigen und gegen schädliche Keime zu schützen.“ Nach Schätzungen des Forscherteams leben mehr als 1000 verschiedene Bakterien in den Wasserleitungen. Die größte Gruppe der in den Leitungen identifizierten Bakterien sind die Sphingomonadaceae, die auch frei im Boden oder Gewässern vorkommen und dort Schadstoffe abbauen.

      Polymicrobic_biofilm_epifluorescence _by Ricardo

      Artenreicher Biofilm Epifluorescenzmikroskop (Ricardo Murga and Rodney Donlan – Centers for Disease Control and Prevention Rodney M. Donlan: „Biofilms: Microbial Life on Surfaces“. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons)

      Das schwedische Forscherteam vergleicht die Wirkung der Trinkwasser-Bakterien, mit der des Mikrobioms unseres Körpers. Nur mit einer großen Artenvielfalt von Mikroben auf unserer Haut, oder in unserem Darm bleiben wir gesund. Die Bedeutung der Mikroben im Trinkwasser ist wahrscheinlich sogar noch größer als angenommen. Es ist sogar vorstellbar, dass ein großer Teil der Reinigung des Trinkwassers erst in den Rohrleitungen stattfindet. Die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft in den Biofilmen kann außerdem ein Anzeiger für die Wasserqualität sein. Die schwedischen Forscher stellten in rostigen Wasserleitungen mit stark eisenhaltigem Wasser eine signifikant andere Artenzusammensetzung fest. Die Analyse der Bakterien könnte dazu beitragen, potenziell problematische Wassermängel zu erkennen.

      Zukunftsvision für gesünderes Trinkwasser

      Die Forscher der Universität Lund hoffen sogar, eines Tages die Qualität des Wassers so zu steuern, dass gute Bakterien in den Leitungen begünstigt werden, die das Wasser noch effizienter reinigen. Ziel der Wissenschaftler ist es, diese nutzbringenden und für die Wassereigenschaften hilfreichen Keimarten gilt es herauszufinden und Wege zu ihrer Vermehrung zu entwickeln.

      Das ist aber noch ein langer Weg. Biofilme sind aber in ihrer Komplexität von den Experten noch nicht gut verstanden. Die Zahl der Einflussfaktoren auf die Zusammensetzung und das Wachstumsverhalten von Biofilmen ist vielfältig: pH-Wert, Temperatur, Chlorgehalt – und nicht zuletzt das Nahrungsangebot für die Mikroben. Auch Oberflächen können eine Rolle für die Entwicklung von Populationen von Keimen spielen. Bakterien können zum Beispiel aus Gummidichtungen Nährstoffe beziehen.

      Wasserversorger halten das Trinkwasser heute eher nährstoffarm. Die harmlosen Bakterien sind an diese Bedingungen gut angepasst. Darmbakterien etwa brauchen einen „viel reichhaltiger gedeckten Tisch“ und gehen deshalb ein. Die Nährstoffknappheit sorgt dafür, dass krankheitserregende Keime absterben und gesundes, so genanntes „stabiles“ Trinkwasser entsteht. Dieses Erfolgsrezept ist besser als das in den USA verwendete Verfahren, wo Wasser gechlort wird.

      Unerwünschte Keime im Trinkwasser

      Trotzdem kommt im Trinkwasser auch immer wieder unerwünschte und mitunter gefährliche Keimbesiedlung vor. Gesundheitlich bedenklich wird es immer dann, wenn die Menge und die Art der Keime nicht mehr zu dem „Mikrokosmos Mensch“ passen.
      Infektionen mit Legionellen können bei Menschen mit einem bereits geschwächten Immunsystem zur „Legionärskrankheit“ führen, einer Lungenentzündung mit hohem Fieber und grippeähnlichen Symptomen. Die Bakterien sind aber für gesunde Menschen ungefährlich.
      Doch nicht nur Legionellen als „wasserliebende Bakterien“ können schwerwiegende Infektionen verursachen, auch koliforme Keime („Darmbakterien“) oder Pseudomonaden (z.B. Pseudomona aeruginosa) sind häufig in Trinkwassersystemen zu finden und können, je nach Menge, unsere Gesundheit erheblich beeinträchtigen.

      Tipps für Haushalte:

      1. Wasser zu verbrauchen ist einer der wichtigsten Ratschläge von Experten für den eigenen Haushalt, um damit die Keimzahl zu verringern. Wenn Wasser zulange in der Leitung steht, wie z.B. nach einem Urlaub oder einem lange unbenutzten Wasserhahn, können sich unerwünschte Bakterien leichter vermehren (bereits 3-4 Tage können dafür reichen). Deshalb anschließend das Wasser lange laufen lassen!
      2. Warmwasserregler richtig heiß stellen. Das ist zwar nicht unbedingt energiesparender, aber hygienischer.
      3. Warmwasserspeicher sollten regelmäßig gewartet werden, um Kalk und Schlammablagerungen gering zu halten.
      4. Als langfristige Maßnahmen sollte man bei Wasserinstallationen in moderne und zertifizierte Materialien investieren, um die Bildung von Biofilmen und damit die Keimbesiedlung zu minimieren. Verordnungen

      Infos dazu vom Umweltbundesamt:
      http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/ratgeber-trink-was-trinkwasser-aus-Hahn

       

      Quellen:

      Press release Lund University: ATCH: Our water pipes crawl with millions of bacteria

      Originalartikel: Bacterial Community Analysis of Drinking Water Biofilms in Southern Sweden

      Wie gut ist unser Trinkwasser? (ZDF Portal)

      Webseite des AK Trinkwasserinstallation und Hygiene

       

      Wie immer freue ich mich über Deine Ergänzungen und Kommentare!

       

       


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      Schokolade – Teamwork von Mikroben

       

      schokolade

      Schokolade (Pixabay)

      Schokolade macht glücklich! Wusstet ihr, dass ohne Mikroorganismen gar keine Schokolade produziert werden könnte? Der besondere Geschmack und der zarte Schmelz bilden sich durch die fein abgestimmte Mitarbeit vieler mikroskopisch kleiner Helfer aus.  Nur durch Hefen, Milchsäure- und Essigbakterien, die bei der Fermentation der Kakaobohnen zusammenwirken, entstehen die Vorläufer der Schokoaromen.

      Aber zuerst zur Einstimmung ein kleiner Ausflug in die spannende und weltumspannende Geschichte der Schokolade.

       

      Von den Mayas bis zum Liebling der Massen

      Schokozubereitung Azteken

      Azteken bei der Zubereitung des „Xocolatl“: Kakaobohnen werden geröstet, gemahlen und mit Wasser und Gewürzen schaumig gerührt (Olfert Dapper, „Die unbekannte Neue Welt“).

      Das Wort Kakao stammt vom Wort „Theobroma cacao“ = Kakaobaum ab und hat seinen Ursprung in Mittelamerika, genau wie die Pflanze. Schon vor über 3.500 Jahren bereiteten als erste Menschen die Olmeken die Urform der Trinkschokolade zu.

      Später übernahmen die Mayas und Azteken diese Kultur. Aus gemahlenem Kakao, gewürzt mit Chili, Vanille und Honig bereiteten sie einen besonderen Powerdrink, die „Xocolatl“ zu. Der Geschmack der Trinkschokolade war eher bitter, oft scharf gewürzt und nur hohen Königen oder Priestern vorbehalten. Kakaobohnen waren auch als Zahlungsmittel weitverbreitet. Die Azteken mussten einen Teil ihrer Steuern mit den Bohnen bezahlen.

      Handelsmonopol der Spanier

      Der Eroberer Kolumbus beobachtete im Jahre 1502 die Kakaobohnen als Zahlungsmittel auf einem Markt und berichtete davon. Erst 1528 brachte der damalige Statthalter Hernán Cortés dem spanischen König Karl V. das mittlerweile auf Plantagen angebaute „Kakaobohnengeld“ aus Südamerika mit.

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      Hernán Cortés (Public Domain)

      Die Kakaobohnen wurden natürlich auch probiert. Aber die bittere Trinkschokolade mundete den Spaniern nicht. Erst als sie mit Rohrzucker und Vanille verfeinert wurde, begann der Siegeszug als Luxusgetränk in Europa. Die Trinkschokolade war schnell Teil des spanischen Hofzeremoniells. Über 100 Jahre behielten die Spanier das Handelsmonopol für Kakaobohnen.

      Bis ins 19. Jahrhundert hinein blieb die Schokolade ein Luxusgut für die Reichen und den Adel. Erst als Maschinen zur Verarbeitung des Kakaos erfunden wurden und die Erträge im Anbau stiegen, könnten sich auch ärmere Bevölkerungsschichten Schokolade leisten.

      Den endgültigen Schritt der Trinkschokolade für Reiche in Richtung Tafelschokolade für alle Liebhaber haben wir einigen großen Persönlichkeiten zu verdanken: 1828 ermöglichte Van Houten erstmal die Herstellung von Kakaopulver. 1847 produzierten Fry & Son die erste Tafelschokolade. Daniel Peters erfand die Milchschokolade, indem der Schweizer Erfinder zu ihrer Herstellung das wenige Jahre zuvor von Henry Nestlé erfundene Milchpulver verwendete. Und dank dem 1879 von Rudolphe Lindt entwickelten Prinzips des Conchierens zergeht uns heute jedes Stück Schokolade mit zartem Schmelz auf der Zunge.

       

      Kein Schokoladenaroma ohne kleine Helfer

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      Kakaobohnen (Wikimedia Commons)

      Bei der Herstellung der Schokolade haben die Mikroben ganz wichtige Aufgaben. Die gelben bis rotbraunen Früchte des Kakaobaums sind der Startpunkt für alle kommenden Genüsse. Jede Frucht enthält 40 bis 50 Kakaobohnen, so viel wie man für eine Tafel Schokolade benötigt. Die Bohnen schmecken noch nicht im Geringsten nach Schokolade. Sie sind sehr bitter, weil sie viele Gerbstoffe (Polyphenole) beinhalten. Auch ihre Farbe ähnelt in keiner Weise dem braunen Genussmittel. Sie sind violett.

      Vom Samen zur Bohne

      ernteMeist noch am Tag der Ernte werden die Kakaofrüchte für einen ersten sehr wichtigen Schritt in der Herstellung – die Fermentation – vorbereitet. Dafür werden die Kakaobohnen samt Fruchtfleisch in Kästen oder auf Bananenblättern ausgebreitet und zugedeckt. Der hohe Zuckeranteil im Fruchtfleisch sorgt dafür, dass es in der tropischen Hitze sehr schnell anfängt zu gären. Erst durch die Fermentation der Kakaosamen entstehen die Aromavorstufen, die später das typische Kakaoaroma ausbilden. Die Dauer der Fermentation hängt von der Kakaosorte, der Menge der Technik und auch den klimatischen Bedingungen ab. Schon lange ist bekannt, dass daran Hefen, Milch- und Essigsäurebakterien beteiligt sind. Im Wesentlichen unterscheidet man drei Phasen der Fermentation.

      Anaerobe Phase (Ohne Sauerstoff)

      Der im Fruchtfleisch enthaltene Zucker wird durch Hefen abgebaut. Es entsteht Alkohol. Milchsäurebakterien sind ebenfalls am Prozess beteiligt. Dabei verflüssigt sich das Fruchtfleisch und die Samen werden frei. Diese beginnen zu keimen und bilden Enzyme, die später geschmacksentscheidend sind.

      Aerobe Phase (Mit Sauerstoff)

      Luft dringt jetzt in die Kakaosamen ein und oxidiert den Alkohol unter Beteiligung von Essigsäurebakterien zu Essigsäure (Acetat). Das Acetat ist die Schlüsselsubstanz für die spätere Aromaentwicklung. Die Temperatur steigt bis auf 45 bis 50 Grad Celsius an. Dadurch sterben die Kakaosamen ab und werden zu Kakaobohnen.  

      Postmortale Phase

      Stirbt der Keim ab, werden bei den Bohnen gleichzeitig verschiedene chemische Prozesse ausgelöst. Dadurch verflüchtigen sich einige der bitteren Stoffe durch die jetzt durchlässigeren Häute. Außerdem werden auch Enzyme aktiv, die ein bestimmtes Eiweiß der Bohne in die Grundbausteine, die Aminosäuren, zerlegen. Diese spielen später noch eine wichtige Rolle. Beim Rösten der Kakaobohnen sorgen sie dafür, dass sich die typischen Kakaoaromen bilden.

      Fazit: Nach der Fermentation sind die Kakaobohnen lange nicht mehr so bitter und sie sehen auch farblich schon aus wie die bekannte Schokolade. Auf manchen Plantagen werden die Kakaobohnen zur Fermentation auch in Körbe oder Fässer gegeben. So werden sie nicht so leicht von Schädlingen befallen. Besonders verbreitet ist heute die Kastenfermentation in großen Holzkisten. Durch den Einsatz von natürlichen Starterkulturen mit der richtigen Zusammensetzung an Mikroorganismen können Kakaobauern den Ertrag von Kakao-fermentationen verbessern.

       

      Wie Schokolade gemacht wird

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      In der Fabrik werden die Bohnen dann gereinigt und geröstet. Bei bis zu 150 Grad werden den Kakaobohnen die Aromastoffe entlockt, die später den typischen Geschmack der Schokolade ausmachen. Dabei kommen die schon erwähnten Aminosäuren aus der Fermentation wieder ins Spiel. Bis zu 600 verschiedene Inhaltsstoffe sind für das typische Aroma von Schokolade verantwortlich.

      Nach dem Rösten schmecken die Bohnen schon fast wie Schokolade. Sie werden nun noch gemahlen und gewalzt und in winzig kleine Kakaopartikel reduziert. Davor kommen noch je nach Schokoladensorte weitere Zutaten wie Kakaopulver, Zucker, Milchpulver, Kakaobutter, Pflanzliche Ersatzfette (bis zu 5 Prozent) Vanillearoma und Lecithin dazu.

      Nach dem Feinvermahlen ist die Masse nicht mehr flüssig, sondern trocken und bröselig auf der Zunge. Rodolphe Lindt entdeckte, dass man das Problem lösen kann, durch leichtes Erwärmen und langes Rühren – das Conchieren. Er erfand 1879 eine Maschine, die die Stückchen in der Schokoladenmasse so verwirbelt, dass das Fett aus den Furchen der Kakaopartikel herausläuft. Durch den Prozess werden der Schokoladenmasse Feuchtigkeit und unerwünschte Geruchs- und Geschmacksstoffe entzogen. Nach dem Conchieren ordnen sich Fett und Kakaopartikel gleichmäßig in der Masse an und das Fett umgibt die Teilchen wie ein feiner Film. Nun können alle Köstlichkeiten aus Schokolade produziert werden. Heutzutage verspeisen wir Deutschen im Schnitt rund zehn Tafeln Schokolade im Jahr.

       

      Erst Mikroben machen Schokolade gesund

      Für alle Schokoholics hier noch eine Information am Rande. Das Naschen von dunkler Schokolade ist sehr gesund. So verbessert sie die Flexibilität und Gesundheit der Gefäße, beugt Herz-Kreislauf-Erkrankungen vor und soll sogar das Gedächtnis fördern.  Ursache dafür sind die im Kakao enthaltenen chemischen Substanzen, Polyphenole, wie Katechin und Epikatechin. Sie wirken zum Beispiel als Antioxidantien und schützen so Zellen vor Schäden durch aggressive Moleküle.

      Aber nur wenn wir auch die richtige Mikrobengemeinschaft im Darm mit uns tragen, kann unser Körper die gesunden Inhaltsstoffe des Kakaos zu den im Körper wirksamen Substanzen zersetzen. Das haben US-Forscher in einem Experiment gezeigt. Die Zusammensetzung der Darmflora spielt eine sehr wichtige Rolle dafür, wie gut die gesundheitsfördernden Bestandteile des Kakaos verdaut werden. Für die guten Mikroben, wie Bifidobakterien und Milchsäurebakterien, ist dunkle Schokolade u.a. eine bevorzugte Nahrungsquelle. Ist die Darmflora durch ungesunde Ernährung aus dem Gleichgewicht überwiegen Mikroben, wie z.B. Clostridien, die die gesunden Kakaobestandteile verschmähen. Antioxidantien und Entzündungshemmer werden dann unverdaut ausgeschieden.

      Die Empfehlung der Experten für einen gesunde Ernährung ist daher: vor allem eine ballaststoffreiche Nahrung und Präbiotika.

      Also zur Schokolade immer mal einen Apfel essen!

      Weiterlesen:

      Applied Environmental Microbiology, 2014; http://aem.asm.org/content/early/2014/05/12/AEM.01048-14.abstract

      John Finley (Louisiana State University, Baton Rouge) et al., 247th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS)

       

      Alt-Aztekisches Kakaorezept

      Für 4 Tassen

      Zutaten
      4 Tassen Wasser
      1 Stange Vanille (ca. 8 cm Länge),
      längs halbiert
      1 grüne Chilli, entkernt, gehackt
      1 Tasse dunkles Kakaopulver
      1 EL flüssiger Honig

      Zubereitung
      Das Wasser mit der Vanillestange aufkochen lassen, dann die Chillistücke dazugeben und mitkochen lassen. Anschließend den Kakao mit etwas Wasser anrühren und in das kochende Wasser geben. Aufkochen lassen, Vanille herausnehmen. Flüssigkeit mit dem Mixstab pürieren, so fein, dass von den Chillistückchen nichts mehr zu spüren ist. Der Kakao muss schäumen. Anschließend den Honig einquirlen.