Bakterien: Aufbau, Vermehrung und Bedeutung

Eine Bakterienzelle ist eine einzelne, selbstständig lebensfähige Zelle. Typische Bakterien sind etwa 1 bis 10 µm groß; kleinere und deutlich größere Ausnahmen kommen vor. Kein Zellkern bedeutet nicht, dass DNA fehlt: Das Erbgut liegt ohne Kernhülle im Zellplasma.

Die Grundform hilft beim Beschreiben: Kokken sind kugelförmig und können paarweise, in Ketten oder Gruppen liegen. Stäbchenformen sind länglich; Spirillen sind spiralig oder korkenzieherförmig. Ähnlich aussehende Bakterien können verschiedenen Arten angehören. Die Form allein bestimmt die Art nicht sicher.

Nicht jedes Bakterium besitzt genau dieselben Strukturen. Die Zellmembran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch. Das Zellplasma, auch Cytoplasma genannt, ist die wässrige Grundsubstanz; in ihm laufen viele Stoffwechselvorgänge ab. Ribosomen stellen Proteine her. Das Nukleoid enthält gewöhnlich das große, meist ringförmige Bakterienchromosom. Eine Zellwand gibt den meisten Bakterien Form, Stabilität und Schutz.

Weitere Strukturen kommen nur bei manchen Bakterien vor. Eine Kapsel oder Schleimhülle kann vor Austrocknung schützen. Geißeln ermöglichen bestimmten Arten die Fortbewegung. Pili oder Fimbrien dienen zum Anheften; besondere Pili können am DNA-Austausch beteiligt sein. Plasmide sind zusätzliche kleine DNA-Ringe. Sie können Resistenzgene tragen und zwischen Zellen übertragen werden.

Bakterien vermehren sich meist ungeschlechtlich durch Zweiteilung. Eine Zelle wächst, verdoppelt ihre DNA und trennt die Kopien. Zellmembran und Zellwand schnüren sich ein oder bilden eine Querwand. Zwei zunächst kleinere Tochterzellen entstehen und wachsen heran. Bei diesem vereinfachten Ablauf sind sie genetisch identisch. DNA-Austausch über Plasmide verändert Erbinformationen, erzeugt aber nicht unmittelbar Tochterzellen. Manche Bakterien bilden unter ungünstigen Bedingungen Endosporen zum Überdauern. Das ist keine Zweiteilung.

Unter Modellbedingungen verdoppelt wiederholte Teilung die Zellzahl in jeder Generation: exponentielles Wachstum. In Wirklichkeit hängen Teilung und Überleben von Art, Nährstoffen, Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff und Platz ab. 37 °C ist nicht für alle Arten optimal.

In einer begrenzten Kultur gibt es häufig vier Phasen. In der Anlaufphase passen sich Zellen an. In der exponentiellen Phase teilen sie sich bei günstigen Bedingungen schnell. In der stationären Phase entstehen und sterben ungefähr gleich viele Zellen, während Nährstoffe und Platz knapp werden. In der Absterbephase sinkt die Zahl lebender Zellen; Ressourcen fehlen und schädliche Stoffwechselprodukte können sich ansammeln.

Die Wirkung eines Bakteriums hängt von Art, Aufenthaltsort und Bedingungen ab. Darmbakterien können Verdauung und Immunabwehr unterstützen. Bakterien helfen bei der Herstellung von Joghurt, Käse, Sauerkraut und Essig. Viele bauen Stoffe ab und wirken an Stoffkreisläufen mit. In Biotechnologie und Medizin werden Bakterien zur Herstellung von Enzymen, Vitaminen oder Insulin genutzt.

Andere Arten können Lebensmittel verderben oder Materialien beschädigen. Krankheitserregende Bakterien können in Gewebe eindringen und sich dort ausbreiten. Einige bilden Toxine, die Zellen oder Gewebe schädigen.

Ein Antibiotikum macht nicht jedes Bakterium unschädlich. Überleben resistente Zellen eine Behandlung, können sie sich weiter vermehren.