Mikroorganismus

Ein Cluster von Escherichia coli-Bakterien in 10.000-facher Vergrößerung ⓘ

Ein Mikroorganismus oder eine Mikrobe ist ein Organismus von mikroskopischer Größe, der als Einzeller oder als Kolonie von Zellen existieren kann. ⓘ

Die mögliche Existenz von unsichtbarem mikrobiellem Leben wurde schon in der Antike vermutet, z. B. in den Jain-Schriften aus dem sechsten Jahrhundert vor Christus in Indien. Die wissenschaftliche Erforschung der Mikroorganismen begann mit ihrer Beobachtung unter dem Mikroskop in den 1670er Jahren durch Anton van Leeuwenhoek. In den 1850er Jahren stellte Louis Pasteur fest, dass Mikroorganismen den Verderb von Lebensmitteln verursachen und widerlegte damit die Theorie der spontanen Entstehung. In den 1880er Jahren entdeckte Robert Koch, dass Mikroorganismen die Krankheiten Tuberkulose, Cholera, Diphtherie und Milzbrand verursachen. ⓘ

Da zu den Mikroorganismen die meisten einzelligen Organismen aus allen drei Bereichen des Lebens gehören, können sie extrem vielfältig sein. Zwei der drei Bereiche, Archaea und Bacteria, enthalten nur Mikroorganismen. Der dritte Bereich, Eukaryota, umfasst alle mehrzelligen Organismen sowie viele einzellige Protisten und Protozoen, die Mikroben sind. Einige Protisten sind mit Tieren und einige mit Grünpflanzen verwandt. Es gibt auch viele mehrzellige Organismen, die mikroskopisch klein sind, nämlich Mikrotiere, einige Pilze und einige Algen, die jedoch im Allgemeinen nicht als Mikroorganismen angesehen werden. ⓘ

Mikroorganismen können sehr unterschiedliche Lebensräume haben und leben überall, von den Polen bis zum Äquator, in Wüsten, Geysiren, Felsen und in der Tiefsee. Einige sind an extreme Bedingungen wie große Hitze oder große Kälte angepasst, andere an hohen Druck und einige wenige, wie Deinococcus radiodurans, an eine Umgebung mit hoher Strahlung. Mikroorganismen bilden auch die Mikrobiota, die in und auf allen mehrzelligen Organismen zu finden ist. Es gibt Hinweise darauf, dass 3,45 Milliarden Jahre altes australisches Gestein einst Mikroorganismen enthielt - der früheste direkte Beweis für Leben auf der Erde. ⓘ

Mikroben sind für die menschliche Kultur und Gesundheit in vielerlei Hinsicht von Bedeutung: Sie dienen der Fermentierung von Lebensmitteln und der Abwasserbehandlung und produzieren Kraftstoffe, Enzyme und andere bioaktive Verbindungen. Mikroben sind in der Biologie als Modellorganismen unverzichtbare Werkzeuge und werden in der biologischen Kriegsführung und im Bioterrorismus eingesetzt. Mikroben sind ein wesentlicher Bestandteil eines fruchtbaren Bodens. Im menschlichen Körper bilden Mikroorganismen die menschliche Mikrobiota, einschließlich der wichtigen Darmflora. Die für viele Infektionskrankheiten verantwortlichen Erreger sind Mikroben und als solche Ziel von Hygienemaßnahmen. ⓘ

Ein Mikroorganismus, auch Mikrobe genannt, ist ein mikroskopisch kleines Lebewesen (Organismus), das als Einzelwesen nicht mit bloßem Auge erkennbar ist. Die meisten Mikroorganismen sind Einzeller, zu ihnen zählen jedoch auch wenigzellige Lebewesen (Pilze, Algen) entsprechender Größe. Solche Lebewesen unterscheiden sich vom übrigen Tier- und Pflanzenreich lediglich in ihrer Größe und sind Gegenstand der Mikrobiologie. Sie bilden im System der Lebewesen aber keine einheitliche Gruppe. ⓘ

Zu den Mikroorganismen zählen Bakterien (z. B. Milchsäurebakterien), viele Pilze (z. B. Backhefe), mikroskopische Algen (z. B. Chlorellen) sowie Protozoen (z. B. Pantoffeltierchen und der Malaria-Erreger Plasmodium). Es ist umstritten, ob auch Viren zu den Mikroorganismen gerechnet werden sollen. Überwiegend werden sie nicht als Lebewesen und daher auch nicht als Mikroorganismen angesehen. Dennoch wird die Virenforschung (Virologie) als ein Teilgebiet der Mikrobiologie betrachtet. ⓘ

Mikroorganismen sind im Allgemeinen wichtig für den Stoffkreislauf: Einerseits bilden sie als Produzenten (z. B. Mikroalgen, Cyanobakterien) die Grundlage vieler Nahrungsketten, andererseits bauen sie als Zersetzer (Destruenten) organische Materie zu anorganischen Stoffen ab. Einige Mikroorganismen haben für Menschen eine besondere Bedeutung: für die Ernährung, für erwünschte Stoffumwandlungen (beispielsweise Antibiotika-Produzenten), als Parasiten und als Erreger von Infektionskrankheiten. ⓘ

Mikroorganismen stellen mit 70 Prozent den zahlenmäßig größten Anteil der lebenden Materie (Biomasse) auf dem Planeten Erde dar. ⓘ

Entdeckung

Antonie van Leeuwenhoek war der erste, der mikroskopische Organismen untersuchte. ⓘ

Lazzaro Spallanzani zeigte, dass das Kochen einer Brühe deren Fäulnis verhindert. ⓘ

Antike Vorläufer

Vardhmana Mahavira postulierte im sechsten Jahrhundert v. Chr. die Existenz mikroskopisch kleiner Lebewesen. ⓘ

Die mögliche Existenz mikroskopischer Organismen wurde viele Jahrhunderte lang diskutiert, bevor sie im siebzehnten Jahrhundert entdeckt wurden. Bereits im sechsten Jahrhundert v. Chr. postulierten die Jains im heutigen Indien die Existenz winziger Organismen, die Nigodas genannt werden. Diese Nigodas werden angeblich in Gruppen geboren, sie leben überall, auch in den Körpern von Pflanzen, Tieren und Menschen, und ihr Leben dauert nur den Bruchteil einer Sekunde. Dem Jain-Führer Mahavira zufolge zerstören die Menschen diese Nigodas in großem Ausmaß, wenn sie essen, atmen, sitzen und sich bewegen. Viele moderne Jains behaupten, dass Mahaviras Lehren die Existenz von Mikroorganismen, wie sie die moderne Wissenschaft entdeckt hat, vorwegnehmen. ⓘ

Die früheste bekannte Idee, die auf die Möglichkeit der Verbreitung von Krankheiten durch noch unsichtbare Organismen hinweist, stammt von dem römischen Gelehrten Marcus Terentius Varro in einem Buch mit dem Titel Über die Landwirtschaft aus dem ersten Jahrhundert v. Chr., in dem er die unsichtbaren Kreaturen als "animalcules" bezeichnet und davor warnt, ein Gehöft in der Nähe eines Sumpfes zu errichten:

... und weil dort winzige Lebewesen gezüchtet werden, die man mit den Augen nicht sehen kann, die in der Luft schweben und durch Mund und Nase in den Körper gelangen und schwere Krankheiten verursachen. ⓘ

Im Kanon der Medizin (1020) deutete Avicenna an, dass Tuberkulose und andere Krankheiten ansteckend sein könnten. ⓘ

Frühe Moderne

Akshamsaddin (türkischer Wissenschaftler) erwähnte die Mikrobe in seinem Werk Maddat ul-Hayat (Der Stoff des Lebens) etwa zwei Jahrhunderte vor der experimentellen Entdeckung durch Antonie van Leeuwenhoek:

Es ist falsch, anzunehmen, dass Krankheiten beim Menschen einzeln auftreten. Krankheiten infizieren sich, indem sie von einem Menschen auf einen anderen übergehen. Diese Ansteckung erfolgt durch Samen, die so klein sind, dass sie nicht gesehen werden können, aber lebendig sind. ⓘ

1546 schlug Girolamo Fracastoro vor, dass epidemische Krankheiten durch übertragbare samenähnliche Gebilde verursacht werden, die eine Infektion durch direkten oder indirekten Kontakt oder sogar ohne Kontakt über große Entfernungen übertragen können. ⓘ

Antonie van Leeuwenhoek gilt als einer der Begründer der Mikrobiologie. Er war der erste, der 1673 wissenschaftliche Experimente mit Mikroorganismen entdeckte und durchführte, wobei er einfache, einlinsige Mikroskope seiner eigenen Konstruktion verwendete. Robert Hooke, ein Zeitgenosse von Leeuwenhoek, nutzte die Mikroskopie ebenfalls, um mikrobielles Leben in Form von Fruchtkörpern von Schimmelpilzen zu beobachten. In seinem 1665 erschienenen Buch Micrographia zeichnete er Studien und prägte den Begriff Zelle. ⓘ

19. Jahrhundert

Louis Pasteur wies nach, dass Spallanzanis Erkenntnisse auch dann Gültigkeit haben, wenn die Luft durch einen Filter eindringen kann, der Partikel zurückhält. ⓘ

Louis Pasteur (1822-1895) setzte gekochte Brühen der Luft aus, und zwar sowohl in Gefäßen, die einen Filter enthielten, um das Eindringen von Partikeln in das Wachstumsmedium zu verhindern, als auch in Gefäßen ohne Filter, aber mit Luftzutritt durch ein gebogenes Rohr, damit sich Staubpartikel absetzen und nicht mit der Brühe in Berührung kommen konnten. Indem er die Brühe vorher kochte, stellte Pasteur sicher, dass zu Beginn seines Experiments keine Mikroorganismen in den Brühen überlebten. Im Laufe von Pasteurs Experiment wuchs nichts in den Brühen. Dies bedeutete, dass die lebenden Organismen, die in solchen Brühen wuchsen, von außen kamen, als Sporen auf Staub, und nicht spontan innerhalb der Brühe entstanden. Damit widerlegte Pasteur die Theorie der Spontanbildung und unterstützte die Keimtheorie der Krankheiten. ⓘ

Robert Koch zeigte, dass Mikroorganismen Krankheiten verursachen. ⓘ

Im Jahr 1876 wies Robert Koch (1843-1910) nach, dass Mikroorganismen Krankheiten verursachen können. Er stellte fest, dass das Blut von Rindern, die mit Milzbrand infiziert waren, immer eine große Anzahl von Bacillus anthracis enthielt. Koch fand heraus, dass er Milzbrand von einem Tier auf ein anderes übertragen konnte, indem er eine kleine Blutprobe des infizierten Tieres entnahm und sie einem gesunden Tier injizierte, wodurch das gesunde Tier erkrankte. Er fand auch heraus, dass er die Bakterien in einer Nährstoffbrühe züchten und sie dann einem gesunden Tier injizieren konnte, was zu einer Erkrankung führte. Auf der Grundlage dieser Experimente entwickelte er Kriterien für den Nachweis eines kausalen Zusammenhangs zwischen einem Mikroorganismus und einer Krankheit, die heute als Kochsche Postulate bekannt sind. Obwohl diese Postulate nicht in allen Fällen anwendbar sind, haben sie eine historische Bedeutung für die Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens und werden auch heute noch verwendet. ⓘ

Die Entdeckung von Mikroorganismen wie Euglena, die weder dem Tier- noch dem Pflanzenreich zugeordnet werden konnten, da sie wie Pflanzen photosynthetisch, aber wie Tiere beweglich waren, führte in den 1860er Jahren zur Benennung eines dritten Reichs. John Hogg nannte es 1860 Protoctista und Ernst Haeckel 1866 Protista. ⓘ

Die Arbeiten von Pasteur und Koch spiegelten die wahre Vielfalt der mikrobiellen Welt nicht genau wider, da sie sich ausschließlich auf Mikroorganismen mit direkter medizinischer Bedeutung konzentrierten. Erst durch die Arbeiten von Martinus Beijerinck und Sergei Winogradsky Ende des 19. Jahrhunderts wurde die wahre Breite der Mikrobiologie deutlich. Beijerinck leistete zwei wichtige Beiträge zur Mikrobiologie: die Entdeckung von Viren und die Entwicklung von Anreicherungskulturtechniken. Während seine Arbeit über das Tabakmosaikvirus die Grundprinzipien der Virologie begründete, war es seine Entwicklung der Anreicherungskultur, die den unmittelbarsten Einfluss auf die Mikrobiologie hatte, da sie die Kultivierung eines breiten Spektrums von Mikroben mit sehr unterschiedlichen Physiologien ermöglichte. Winogradsky war der erste, der das Konzept der Chemolithotrophie entwickelte und damit die wesentliche Rolle der Mikroorganismen bei geochemischen Prozessen aufzeigte. Er war für die erste Isolierung und Beschreibung sowohl nitrifizierender als auch stickstofffixierender Bakterien verantwortlich. Der französisch-kanadische Mikrobiologe Felix d'Herelle war Mitentdecker der Bakteriophagen und einer der frühesten angewandten Mikrobiologen. ⓘ

Klassifizierung und Struktur

Mikroorganismen sind fast überall auf der Erde zu finden. Bakterien und Archaeen sind fast immer mikroskopisch klein, während eine Reihe von Eukaryoten ebenfalls mikroskopisch klein sind, darunter die meisten Protisten, einige Pilze sowie einige Mikrotiere und Pflanzen. Viren werden im Allgemeinen als nicht lebendig und daher nicht als Mikroorganismen betrachtet, obwohl ein Teilbereich der Mikrobiologie die Virologie ist, die sich mit Viren befasst. ⓘ

Da Viren keinen eigenständigen Stoffwechsel haben und sich nicht eigenständig vermehren können, werden sie von den meisten Biologen nicht als Lebewesen angesehen, sondern als organische Strukturen, die mit Lebewesen interagieren, oder als „Grenzfall des Lebens“. Die Zugehörigkeit zu den Mikroorganismen ist daher umstritten. Mikrobiologen erforschen allerdings auch Viren, und die Virologie gilt als Teilgebiet der Mikrobiologie. ⓘ

Entwicklung

Einzellige Mikroorganismen waren die ersten Lebensformen, die sich vor etwa 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde entwickelten. Die weitere Entwicklung verlief langsam, und etwa 3 Milliarden Jahre lang im Präkambrium (einem Großteil der Geschichte des Lebens auf der Erde) waren alle Organismen Mikroorganismen. In 220 Millionen Jahre altem Bernstein wurden Bakterien, Algen und Pilze nachgewiesen, was zeigt, dass sich die Morphologie der Mikroorganismen zumindest seit der Triaszeit kaum verändert hat. Die neu entdeckte biologische Rolle von Nickel - insbesondere durch Vulkanausbrüche in den Sibirischen Fallen - könnte jedoch die Entwicklung von Methanogenen gegen Ende des Aussterbeereignisses von Perm und Trias beschleunigt haben. ⓘ

Mikroorganismen haben in der Regel eine relativ hohe Evolutionsrate. Die meisten Mikroorganismen können sich schnell vermehren, und Bakterien sind auch in der Lage, durch Konjugation, Transformation und Transduktion frei Gene auszutauschen, selbst zwischen weit voneinander entfernten Arten. Dieser horizontale Gentransfer, gepaart mit einer hohen Mutationsrate und anderen Transformationsmöglichkeiten, ermöglicht es den Mikroorganismen, sich schnell weiterzuentwickeln (durch natürliche Selektion), um in neuen Umgebungen zu überleben und auf Umweltbelastungen zu reagieren. Diese rasche Evolution ist in der Medizin von Bedeutung, da sie zur Entwicklung von multiresistenten pathogenen Bakterien, den Superbugs, geführt hat, die gegen Antibiotika resistent sind. ⓘ

Eine mögliche Übergangsform eines Mikroorganismus zwischen einem Prokaryonten und einem Eukaryonten wurde 2012 von japanischen Wissenschaftlern entdeckt. Parakaryon myojinensis ist ein einzigartiger Mikroorganismus, der größer ist als ein typischer Prokaryot, dessen Kernmaterial jedoch von einer Membran wie bei einem Eukaryot eingeschlossen ist und der Endosymbionten enthält. Es handelt sich um die erste plausible evolutionäre Form eines Mikroorganismus, die eine Entwicklungsstufe vom Prokaryonten zum Eukaryonten darstellt. ⓘ

Die Genome von Mikroorganismen bestehen gewöhnlich aus nicht mehr als 10 Millionen DNA-Basen und sind damit im Vergleich zu den etwa 3 Milliarden Basen des Genoms von Menschen oder Mäusen wenig komplex. Der einfache Bauplan ermöglicht den Mikroorganismen unter anderem eine schnelle Reproduktion – das Darmbakterium Escherichia coli verdoppelt sich unter optimalen Bedingungen alle 20 Minuten. Er ist auch die Voraussetzung für die Anpassungsfähigkeit der Mikroorganismen an verschiedene Umweltbedingungen oder Wirtsorganismen und für die große Artenvielfalt. ⓘ

Die Zahl der Arten kann nur geschätzt werden, sie könnte mehrere Milliarden betragen. Nur ein sehr kleiner Anteil dieser Arten wurde bislang entdeckt und klassifiziert. In einem Liter Meerwasser können mehr als 20.000 unterschiedliche Arten von Mikroorganismen leben, in den Ozeanen insgesamt sogar bis zu zehn Millionen Arten. ⓘ

Archaeen

Archaeen sind prokaryotische Einzeller und bilden die erste Domäne des Lebens im Drei-Domänen-System von Carl Woese. Ein Prokaryot ist dadurch definiert, dass er keinen Zellkern oder andere membrangebundene Organellen besitzt. Dieses Merkmal haben die Archaeen mit den Bakterien gemeinsam, zu denen sie früher gezählt wurden. 1990 schlug der Mikrobiologe Woese das Drei-Domänen-System vor, das die Lebewesen in Bakterien, Archaeen und Eukaryonten unterteilt und damit die Prokaryonten-Domäne aufspaltet. ⓘ

Archaeen unterscheiden sich von Bakterien sowohl in ihrer Genetik als auch in ihrer Biochemie. Während die Zellmembranen von Bakterien beispielsweise aus Phosphoglyceriden mit Esterbindungen bestehen, sind die Membranen von Archaeen aus Etherlipiden aufgebaut. Archaeen wurden ursprünglich als extremophile Lebewesen beschrieben, die in extremen Umgebungen wie heißen Quellen leben, sind aber inzwischen in allen Arten von Lebensräumen zu finden. Erst jetzt beginnen Wissenschaftler zu erkennen, wie häufig Archaeen in der Umwelt vorkommen, wobei die Thermoproteota (früher Crenarchaeota) die häufigste Lebensform im Meer sind und Ökosysteme unterhalb von 150 m Tiefe dominieren. Diese Organismen sind auch im Boden verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei der Ammoniakoxidation. ⓘ

Die kombinierten Bereiche von Archaeen und Bakterien bilden die vielfältigste und am häufigsten vorkommende Gruppe von Organismen auf der Erde und bewohnen praktisch alle Umgebungen, in denen die Temperatur unter +140 °C liegt. Man findet sie im Wasser, im Boden, in der Luft, als Mikrobiom eines Organismus, in heißen Quellen und sogar tief unter der Erdkruste in Gesteinen. Die Zahl der Prokaryoten wird auf etwa fünf Billionen oder 5 × 10³⁰ geschätzt und macht mindestens die Hälfte der Biomasse auf der Erde aus. ⓘ

Die Artenvielfalt der Prokaryonten ist unbekannt, könnte aber sehr groß sein. Eine Schätzung vom Mai 2016, die auf den Gesetzen der Skalierung von bekannten Artenzahlen gegen die Größe der Organismen beruht, ergibt eine Schätzung von vielleicht 1 Billion Arten auf dem Planeten, von denen die meisten Mikroorganismen sein dürften. Derzeit ist nur ein Tausendstel eines Prozents dieser Gesamtzahl beschrieben worden. Die Urzellen einiger Arten schließen sich zusammen und übertragen DNA von einer Zelle auf eine andere durch direkten Kontakt, insbesondere unter stressigen Umweltbedingungen, die DNA-Schäden verursachen. ⓘ

Zu der Archaea gehören:

• extrem halophile Archaea. Sie leben in Umgebungen mit einer sehr hohen Salzkonzentration.
• hyperthermophile Archaea. Mit einem Temperaturoptimum > 80 °C weisen sie eine ausgeprägte Hitzestabilität auf. Bei der Siedetemperatur des Wassers können sie noch wachsen, jedoch nicht bei weniger als 60 °C. Sie kommen beispielsweise in Hydrothermalquellen und in Heißwasserkaminen der Tiefsee vor.
• methanogene Archaea. Diese streng anaeroben Organismen bilden Methan. Sie kommen z. B. in Sümpfen, in Rinderpansen und in Reisfeldern vor, aber auch in den Faulbehältern von Abwasserreinigungsanlagen. Als Methanproduzenten sind sie mitverantwortlich für den Treibhauseffekt. ⓘ

Bakterien

Staphylococcus aureus-Bakterien in etwa 10.000-facher Vergrößerung ⓘ

Bakterien sind wie Archaeen prokaryotisch - einzellig und haben keinen Zellkern oder andere membrangebundene Organellen. Bakterien sind mikroskopisch klein, abgesehen von einigen äußerst seltenen Ausnahmen wie Thiomargarita namibiensis. Bakterien funktionieren und vermehren sich als einzelne Zellen, können sich aber auch zu mehrzelligen Kolonien zusammenschließen. Einige Arten, wie z. B. Myxobakterien, können sich zu komplexen Schwarmstrukturen zusammenschließen, die im Rahmen ihres Lebenszyklus als multizelluläre Gruppen agieren, oder sie bilden Cluster in bakteriellen Kolonien, wie z. B. E. coli. ⓘ

Ihr Genom ist in der Regel ein zirkuläres bakterielles Chromosom - eine einzelne DNA-Schleife, obwohl sie auch kleine DNA-Stücke, so genannte Plasmide, beherbergen können. Diese Plasmide können durch bakterielle Konjugation zwischen Zellen übertragen werden. Bakterien haben eine umschließende Zellwand, die ihren Zellen Festigkeit und Steifigkeit verleiht. Sie vermehren sich durch binäre Spaltung oder manchmal durch Knospung, aber nicht durch meiotische Vermehrung. Viele Bakterienarten können jedoch DNA zwischen einzelnen Zellen durch einen horizontalen Gentransfer übertragen, der als natürliche Transformation bezeichnet wird. Einige Arten bilden außerordentlich widerstandsfähige Sporen, aber für Bakterien ist dies ein Überlebensmechanismus und keine Fortpflanzung. Unter optimalen Bedingungen können Bakterien extrem schnell wachsen und ihre Anzahl kann sich alle 20 Minuten verdoppeln. ⓘ

Eukaryoten

Die meisten Lebewesen, die mit dem bloßen Auge in ihrer erwachsenen Form sichtbar sind, sind Eukaryoten, darunter auch der Mensch. Viele Eukaryonten sind jedoch auch Mikroorganismen. Im Gegensatz zu Bakterien und Archaeen enthalten Eukaryoten Organellen wie den Zellkern, den Golgi-Apparat und Mitochondrien in ihren Zellen. Der Zellkern ist ein Organell, das die DNA beherbergt, aus der das Genom einer Zelle besteht. Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) selbst ist in komplexen Chromosomen angeordnet. Mitochondrien sind Organellen, die für den Stoffwechsel lebenswichtig sind, da in ihnen der Zitronensäurezyklus und die oxidative Phosphorylierung ablaufen. Sie haben sich aus symbiotischen Bakterien entwickelt und verfügen über ein Restgenom. Wie Bakterien haben auch Pflanzenzellen Zellwände und enthalten zusätzlich zu den Organellen anderer Eukaryonten Organellen wie die Chloroplasten. Chloroplasten produzieren Energie aus Licht durch Photosynthese und waren ursprünglich ebenfalls symbiotische Bakterien. ⓘ

Einzellige Eukaryoten bestehen während ihres gesamten Lebenszyklus aus einer einzigen Zelle. Dies ist insofern von Bedeutung, als die meisten mehrzelligen Eukaryonten nur zu Beginn ihres Lebenszyklus aus einer einzigen Zelle, der Zygote, bestehen. Mikrobielle Eukaryonten können entweder haploid oder diploid sein, und einige Organismen haben mehrere Zellkerne. ⓘ

Einzellige Eukaryoten vermehren sich unter günstigen Bedingungen gewöhnlich ungeschlechtlich durch Mitose. Unter stressigen Bedingungen wie Nährstoffmangel und anderen Bedingungen, die mit DNA-Schäden verbunden sind, neigen sie jedoch dazu, sich durch Meiose und Syngamie sexuell zu vermehren. ⓘ

Protisten

Euglena mutabilis, ein photosynthetischer Flagellat ⓘ

Von den eukaryotischen Gruppen sind die Protisten am häufigsten einzellig und mikroskopisch klein. Es handelt sich um eine sehr vielfältige Gruppe von Organismen, die nicht leicht zu klassifizieren ist. Mehrere Algenarten sind mehrzellige Protisten, und Schleimpilze haben einzigartige Lebenszyklen, bei denen sie zwischen einzelligen, kolonialen und mehrzelligen Formen wechseln. Die Anzahl der Protistenarten ist unbekannt, da nur ein kleiner Teil identifiziert wurde. Die Vielfalt der Protisten ist in den Ozeanen, in der Tiefsee, in Flusssedimenten und in einem sauren Fluss sehr groß, was darauf hindeutet, dass noch viele eukaryotische mikrobielle Gemeinschaften entdeckt werden könnten. ⓘ

Pilze

Bei den Pilzen gibt es mehrere einzellige Arten, wie die Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) und die Spalthefe (Schizosaccharomyces pombe). Einige Pilze, wie z. B. die pathogene Hefe Candida albicans, können sich phänotypisch verändern und in manchen Umgebungen als Einzelzellen, in anderen als fadenförmige Hyphen wachsen. ⓘ

Pflanzen

Die Bezeichnung Alge im weiteren Sinn umfasst im Wasser lebende, eukaryotische Lebewesen, die Photosynthese betreiben, jedoch nicht zu den Pflanzen gehören. Im engeren Sinne werden damit zahlreiche Protistengruppen bezeichnet. Zu den Algen gehören sowohl mikroskopisch kleine einzellige als auch mehrzellige, zum Teil riesige, pflanzenartige Lebewesen. Als Mikroorganismen werden definitionsgemäß nur ein- bis wenigzellige Algen angesehen, sie werden als Mikroalgen bezeichnet. Mikroalgen betreiben wie alle Algen Photosynthese, sie nutzen Licht als Energiequelle und sind kohlenstoffautotroph. Algen stellen keine echte Verwandtschaftsgruppe im Sinne der Phylogenie und Systematik dar, sondern sind eine paraphyletische Gruppe. Gleichwohl wird der Begriff auch in der Biologie häufig als Generalbegriff verwendet. ⓘ

Die wissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Erforschung der Algen befasst, ist die Phykologie. ⓘ

Die Grünalgen sind eine große Gruppe photosynthetischer Eukaryoten, zu denen viele mikroskopisch kleine Organismen gehören. Obwohl einige Grünalgen als Protisten eingestuft werden, werden andere, wie die Charophyta, den Embryophyten zugeordnet, die die bekannteste Gruppe der Landpflanzen darstellen. Algen können als einzelne Zellen oder in langen Ketten von Zellen wachsen. Zu den Grünalgen gehören einzellige und koloniale Flagellaten, in der Regel, aber nicht immer mit zwei Geißeln pro Zelle, sowie verschiedene koloniale, kokkoide und fadenförmige Formen. Bei den Charales, den Algen, die am engsten mit den höheren Pflanzen verwandt sind, differenzieren sich die Zellen innerhalb des Organismus in mehrere unterschiedliche Gewebe. Es gibt etwa 6000 Arten von Grünalgen. ⓘ

Ökologie

Mikroorganismen sind in fast allen Lebensräumen der Natur zu finden, auch in lebensfeindlichen Umgebungen wie am Nord- und Südpol, in Wüsten, Geysiren und Felsen. Zu ihnen gehören auch alle marinen Mikroorganismen der Ozeane und der Tiefsee. Einige Arten von Mikroorganismen haben sich an extreme Umgebungen angepasst und konnten Kolonien bilden; diese Organismen werden als extremophil bezeichnet. Diese Organismen werden als extremophil bezeichnet. Extremophile wurden aus Gesteinen isoliert, die bis zu 7 km unter der Erdoberfläche liegen, und es wird vermutet, dass die Menge der unter der Erdoberfläche lebenden Organismen mit der Menge des Lebens auf oder über der Erdoberfläche vergleichbar ist. Es ist bekannt, dass Extremophile längere Zeit in einem Vakuum überleben können und sehr widerstandsfähig gegen Strahlung sind, was ihnen sogar das Überleben im Weltraum ermöglichen könnte. Viele Arten von Mikroorganismen gehen enge symbiotische Beziehungen mit anderen größeren Organismen ein; einige davon sind für beide Seiten von Nutzen (Mutualismus), während andere dem Wirtsorganismus schaden können (Parasitismus). Wenn Mikroorganismen bei einem Wirt Krankheiten verursachen können, werden sie als Krankheitserreger bezeichnet und manchmal auch als Mikroben bezeichnet. Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle in den biogeochemischen Kreisläufen der Erde, da sie für die Zersetzung und Stickstofffixierung verantwortlich sind. ⓘ

Bakterien nutzen regulatorische Netzwerke, die es ihnen ermöglichen, sich an fast jede Umweltnische auf der Erde anzupassen. Die Bakterien nutzen ein Netzwerk von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekülarten, darunter DNA, RNA, Proteine und Metaboliten, um die Genexpression zu regulieren. Bei Bakterien besteht die Hauptfunktion der regulatorischen Netzwerke darin, die Reaktion auf Umweltveränderungen zu steuern, z. B. den Ernährungszustand und Umweltstress. Eine komplexe Organisation von Netzwerken ermöglicht es dem Mikroorganismus, mehrere Umweltsignale zu koordinieren und zu integrieren. ⓘ

Extremophile

Mikroorganismen treiben die für das Leben auf unserem Planeten wichtigen geochemischen Stoffumsetzungen an und beeinflussen auch das globale Klima. Die mikrobielle Verstoffwechselung kritischer chemischer Elemente wie Kohlenstoff oder Stickstoff trägt dazu bei, die Erde bewohnbar für alle anderen Lebewesen zu halten. Mikroorganismen erzeugen mindestens die Hälfte des elementaren Sauerstoffs (O₂) des Planeten. ⓘ

Mikroorganismen gedeihen in einer erstaunlichen Vielfalt sehr unterschiedlicher Habitate: sowohl in saurer als auch in alkalischer oder salziger Umgebung, bei extrem hoher oder niederer Temperatur (Extremophile), unter hohem Druck, in der Dunkelheit oder bei starker Strahlung. Oft leben sie dort, wo keine anderen Lebewesen existieren können, und beziehen ihre Nährstoffe ausschließlich aus anorganischem Material. Manche Mikroorganismen sind sogar in der Lage, sich in Biotopen anzusiedeln, die massiv mit zahlreichen Giften wie Schwermetallen, Nitraten und Radionukliden, wie Uran und Technetium kontaminiert sind. So wurde das extremophile Bakterium Deinococcus radiodurans unter anderem im Kühlwasserkreislauf von Kernkraftwerken und arsenverseuchten Abfällen gefunden. ⓘ

Die Zusammensetzung der Biozönose hinsichtlich ihrer Arten (englisch diversity pattern, „Vielfältigkeitsmuster“) in einem Biotop und ihre Änderungen können zur Überwachung des Biotops beziehungsweise zur Vorhersage von Änderungen in einem Ökosystem genutzt werden. ⓘ

Eine Tetrade von Deinococcus radiodurans, einem radioresistenten extremophilen Bakterium ⓘ

Pflanzen und Böden

Der Stickstoffkreislauf im Boden hängt von der Fixierung von Luftstickstoff ab. Dies geschieht durch eine Reihe von diazotrophen Organismen. Dies geschieht unter anderem in den Wurzelknöllchen von Leguminosen, die symbiotische Bakterien der Gattungen Rhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium und Azorhizobium enthalten. ⓘ

Die Wurzeln von Pflanzen bilden einen engen Bereich, der als Rhizosphäre bezeichnet wird und in dem viele Mikroorganismen leben, die als Wurzelmikrobiom bekannt sind. ⓘ

Diese Mikroorganismen im Wurzelmikrobiom sind in der Lage, untereinander und mit den umliegenden Pflanzen durch Signale und Hinweise zu interagieren. Mykorrhizapilze sind beispielsweise in der Lage, mit den Wurzelsystemen vieler Pflanzen durch chemische Signale zwischen der Pflanze und den Pilzen zu kommunizieren. Dies führt zu einer wechselseitigen Symbiose zwischen den beiden. Diese Signale können jedoch von anderen Mikroorganismen abgehört werden, z. B. von dem Bodenbakterium Myxococcus xanthus, das sich von anderen Bakterien ernährt. Das Abhören, d. h. das Abfangen von Signalen von unbeabsichtigten Empfängern wie Pflanzen und Mikroorganismen, kann zu weitreichenden evolutionären Konsequenzen führen. So können beispielsweise Signalgeber-Empfänger-Paare wie Pflanzen-Mikroorganismen-Paare die Fähigkeit verlieren, mit benachbarten Populationen zu kommunizieren, weil die Zahl der Abhörgeräte variiert. Bei der Anpassung zur Vermeidung lokaler Abhörgeräte könnte es zu einer Signaldivergenz kommen, die zur Isolierung von Pflanzen und Mikroorganismen führt, weil sie nicht mit anderen Populationen kommunizieren können. ⓘ

Symbiose

Das photosynthetische Cyanobakterium Hyella caespitosa (runde Formen) mit Pilzhyphen (durchscheinende Fäden) in der Flechte Pyrenocollema halodytes ⓘ

Eine Flechte ist eine Symbiose aus einem makroskopischen Pilz mit photosynthetischen mikrobiellen Algen oder Cyanobakterien. ⓘ

Anwendungen

Mikroorganismen sind nützlich bei der Herstellung von Lebensmitteln, der Abwasserbehandlung, der Erzeugung von Biokraftstoffen und einer breiten Palette von Chemikalien und Enzymen. In der Forschung sind sie als Modellorganismen von unschätzbarem Wert. Sie wurden zu Waffen gemacht und manchmal in der Kriegsführung und im Bioterrorismus eingesetzt. Für die Landwirtschaft sind sie lebenswichtig, da sie die Bodenfruchtbarkeit erhalten und organische Stoffe abbauen. ⓘ

Lebensmittelproduktion

Mikroorganismen werden in einem Fermentationsprozess zur Herstellung von Joghurt, Käse, Quark, Kefir, Ayran, Xynogala und anderen Lebensmitteln verwendet. Fermentationskulturen sorgen für Geschmack und Aroma und hemmen unerwünschte Organismen. Sie werden zum Sauerteig für Brot und zur Umwandlung von Zucker in Alkohol in Wein und Bier verwendet. Mikroorganismen werden beim Brauen, bei der Weinherstellung, beim Backen, beim Pökeln und bei anderen Lebensmittelherstellungsprozessen eingesetzt. ⓘ

Einige industrielle Anwendungen von Mikroorganismen: ⓘ

Produkt	Beitrag von Mikroorganismen ⓘ
Käse	Das Wachstum von Mikroorganismen trägt zur Reifung und zum Geschmack bei. Der Geschmack und das Aussehen eines bestimmten Käses sind zu einem großen Teil auf die mit ihm verbundenen Mikroorganismen zurückzuführen. Lactobacillus Bulgaricus ist eine der Mikroben, die bei der Herstellung von Molkereiprodukten verwendet werden.
Alkoholischen Getränken	Hefe wird verwendet, um Zucker, Traubensaft oder mit Malz behandeltes Getreide in Alkohol umzuwandeln. Auch andere Mikroorganismen können verwendet werden; ein Schimmelpilz wandelt Stärke in Zucker um, um den japanischen Reiswein Sake herzustellen. Acetobacter Aceti, eine Art Bakterium, wird bei der Herstellung von alkoholischen Getränken verwendet.
Essig	Bestimmte Bakterien werden verwendet, um Alkohol in Essigsäure umzuwandeln, die dem Essig seinen sauren Geschmack verleiht. Acetobacter Aceti wird bei der Herstellung von Essig verwendet, was dem Essig einen alkoholischen Geruch und einen alkoholischen Geschmack verleiht.
Zitronensäure	Bestimmte Pilze werden zur Herstellung von Zitronensäure verwendet, die ein häufiger Bestandteil von Erfrischungsgetränken und anderen Lebensmitteln ist.
Vitamine	Mikroorganismen werden zur Herstellung von Vitaminen verwendet, darunter C, B2 und B12.
Antibiotika	Mit nur wenigen Ausnahmen werden Mikroorganismen zur Herstellung von Antibiotika verwendet. Penicillin, Amoxicillin, Tetracyclin und Erythromycin

Wasseraufbereitung

Kläranlagen sind weitgehend auf Mikroorganismen angewiesen, um organische Stoffe zu oxidieren. ⓘ

Diese sind für ihre Fähigkeit, mit organischem Material verunreinigtes Wasser zu reinigen, auf Mikroorganismen angewiesen, die gelöste Stoffe veratmen können. Die Atmung kann aerob erfolgen, mit einem gut durchlüfteten Filterbett wie einem langsamen Sandfilter. Bei der anaeroben Vergärung durch Methanogenen entsteht als Nebenprodukt nützliches Methangas. ⓘ

Energie

Mikroorganismen werden bei der Fermentation zur Herstellung von Ethanol und in Biogasreaktoren zur Erzeugung von Methan eingesetzt. Wissenschaftler erforschen den Einsatz von Algen zur Herstellung flüssiger Kraftstoffe und von Bakterien zur Umwandlung verschiedener landwirtschaftlicher und städtischer Abfälle in nutzbare Kraftstoffe. ⓘ

Chemikalien, Enzyme

Mikroorganismen werden zur Herstellung zahlreicher kommerzieller und industrieller Chemikalien, Enzyme und anderer bioaktiver Moleküle verwendet. Zu den organischen Säuren, die in großem Maßstab durch mikrobielle Fermentation hergestellt werden, gehören Essigsäure, die von Essigsäurebakterien wie Acetobacter aceti produziert wird, Buttersäure, die von dem Bakterium Clostridium butyricum hergestellt wird, Milchsäure, die von Lactobacillus und anderen Milchsäurebakterien produziert wird, und Zitronensäure, die von dem Schimmelpilz Aspergillus niger produziert wird. ⓘ

Mikroorganismen werden zur Herstellung bioaktiver Moleküle wie Streptokinase aus dem Bakterium Streptococcus, Cyclosporin A aus dem Ascomycetenpilz Tolypocladium inflatum und Statine aus der Hefe Monascus purpureus verwendet. ⓘ

Wissenschaft

Ein Fermentationsgefäß im Labor ⓘ

Mikroorganismen sind wichtige Werkzeuge in der Biotechnologie, Biochemie, Genetik und Molekularbiologie. Die Hefen Saccharomyces cerevisiae und Schizosaccharomyces pombe sind wichtige Modellorganismen in der Wissenschaft, da es sich um einfache Eukaryoten handelt, die schnell in großer Zahl gezüchtet werden können und sich leicht manipulieren lassen. Sie sind besonders wertvoll für die Genetik, Genomik und Proteomik. Mikroorganismen können für Zwecke wie die Herstellung von Steroiden und die Behandlung von Hautkrankheiten genutzt werden. Wissenschaftler erwägen auch den Einsatz von Mikroorganismen für lebende Brennstoffzellen und als Lösung für die Umweltverschmutzung. ⓘ

Kriegsführung

Als frühes Beispiel für biologische Kriegsführung wurden im Mittelalter bei Belagerungen mit Katapulten oder anderen Belagerungsmaschinen kranke Leichen in Burgen geworfen. Personen, die sich in der Nähe der Leichen aufhielten, waren dem Krankheitserreger ausgesetzt und konnten diesen auf andere übertragen. ⓘ

In der Neuzeit wurde der Bioterrorismus durch den Bioterroranschlag von Rajneeshee 1984 und die Freisetzung von Milzbrand durch Aum Shinrikyo 1993 in Tokio ausgelöst. ⓘ

Böden

Mikroben können Nährstoffe und Mineralien im Boden für Pflanzen verfügbar machen, wachstumsfördernde Hormone produzieren, das Immunsystem der Pflanzen stimulieren und Stressreaktionen auslösen oder dämpfen. Im Allgemeinen führt eine größere Vielfalt an Bodenmikroben zu weniger Pflanzenkrankheiten und höheren Erträgen. ⓘ

Die menschliche Gesundheit

Die menschliche Darmflora

Mikroorganismen können mit anderen, größeren Organismen eine endosymbiotische Beziehung eingehen. Die mikrobielle Symbiose spielt zum Beispiel eine entscheidende Rolle für das Immunsystem. Die Mikroorganismen, die die Darmflora im Gastrointestinaltrakt bilden, tragen zur Immunität des Darms bei, synthetisieren Vitamine wie Folsäure und Biotin und fermentieren komplexe unverdauliche Kohlenhydrate. Einige Mikroorganismen, die sich als gesundheitsfördernd erweisen, werden als Probiotika bezeichnet und sind als Nahrungsergänzungsmittel oder Lebensmittelzusatzstoffe erhältlich. ⓘ

Krankheit

Der eukaryotische Parasit Plasmodium falciparum (stachelige blaue Formen), ein Erreger der Malaria, im menschlichen Blut ⓘ

Bei vielen Infektionskrankheiten sind Mikroorganismen die Erreger (Pathogene). Zu den beteiligten Organismen gehören pathogene Bakterien, die Krankheiten wie Pest, Tuberkulose und Milzbrand verursachen, protozoische Parasiten, die Krankheiten wie Malaria, Schlafkrankheit, Ruhr und Toxoplasmose hervorrufen, sowie Pilze, die Krankheiten wie Ringelflechte, Candidose oder Histoplasmose verursachen. Andere Krankheiten wie Grippe, Gelbfieber oder AIDS werden jedoch von pathogenen Viren verursacht, die in der Regel nicht als lebende Organismen eingestuft werden und daher nach der strengen Definition keine Mikroorganismen sind. Es sind keine eindeutigen Beispiele für archäische Krankheitserreger bekannt, obwohl ein Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein einiger archäischer Methanogene und der menschlichen Parodontalerkrankung vorgeschlagen wurde. Zahlreiche mikrobielle Krankheitserreger sind zu sexuellen Prozessen fähig, die ihr Überleben in ihrem infizierten Wirt zu erleichtern scheinen. ⓘ

Hygiene

Hygiene ist eine Reihe von Praktiken zur Vermeidung von Infektionen oder des Verderbs von Lebensmitteln durch die Beseitigung von Mikroorganismen in der Umgebung. Da Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, praktisch überall vorkommen, werden schädliche Mikroorganismen eher auf ein akzeptables Maß reduziert als tatsächlich eliminiert. Bei der Lebensmittelzubereitung werden Mikroorganismen durch Konservierungsmethoden wie Kochen, Sauberkeit der Utensilien, kurze Lagerzeiten oder niedrige Temperaturen reduziert. Wenn vollständige Sterilität erforderlich ist, wie bei chirurgischen Geräten, wird ein Autoklav verwendet, um Mikroorganismen durch Hitze und Druck abzutöten. ⓘ

In der Fiktion

• Osmosis Jones, ein Film aus dem Jahr 2001, und die dazugehörige Serie Ozzy & Drix, die in einer stilisierten Version des menschlichen Körpers spielt, zeigten anthropomorphe Mikroorganismen.
• In Krieg der Welten (Film von 2005) versuchen außerirdische Lebensformen, die Erde zu erobern, und werden schließlich von einer gewöhnlichen Mikrobe besiegt, gegen die die Menschen immun sind. ⓘ

Weitere Bezeichnungen

Mikroorganismen werden auch als Mikroben (früher auch Mikrobien) oder Kleinstlebewesen (auch Kleinlebewesen) bezeichnet. Das Wort Mikrobe als zusammenfassende Bezeichnung für Kleinlebewesen (wie Vibrionen, Bakterien, „Bakteridien“, „Monaden“, „Mycodermen“ und Infusorien) wurde 1878 von dem französischen Arzt Charles Emmanuel Sédillot geprägt. ⓘ

Gruppen der Mikroorganismen

Pilze

Pilze (Fungi) sind Eukaryoten und kommen wie die Backhefe als Einzeller oder wie Mycelpilze als Mehrzeller vor. Ihre Vermehrung und Ausbreitung erfolgt geschlechtlich und ungeschlechtlich durch Sporen oder vegetativ durch Ausbreitung (eventuell mit Fragmentierung) der in verschiedenen Fällen sehr langlebigen Myzelien. Pilze sind heterotroph und ernähren sich meist dadurch, dass sie Enzyme in die unmittelbare Umgebung ausscheiden und damit polymere, wasserunlösliche Nährstoffe aufschließen und in die Zellen aufnehmen. ⓘ

Von den Pflanzen unterscheiden sich die Pilze durch ihre heterotrophe Lebensweise ohne Photosynthese, und die meisten auch durch das Vorkommen von Chitin in der Zellwand. Von den Tieren unterscheiden sie sich unter anderem durch das Vorhandensein einer Zellwand. ⓘ

Die früher als „Niedere Pilze“ bezeichneten Gruppen, also Schleimpilze, pilzähnliche Protisten wie die Eipilze (Oomycota) oder Hypochytriomycota werden heute nicht mehr zu den Pilzen (Fungi) gezählt. ⓘ

Die wissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Erforschung der Pilze beschäftigt, ist die Mykologie. ⓘ

Protozoen

Thecamoeba. Thecamoeben zählen zu den häufigen Bewohnern in Waldböden ⓘ

Colpoda inflata ist ein Protozoon, das in vielen Böden vorkommt ⓘ

Protozoen (Einzahl Protozoon), auch Urtiere, ist eine Bezeichnung für aufgrund ihrer heterotrophen Lebensweise und ihrer Mobilität früher als tierisch angesehene Einzeller, die keine Zellwand, aber im Gegensatz zu Bakterien einen Zellkern besitzen, also Eukaryoten sind. Die Bezeichnung wurde von dem Deutschen Georg August Goldfuß 1818 in die Wissenschaft eingeführt. Zunächst stellte man die Protozoen zusammen mit anderen eukaryotischen (kernhaltigen) Einzellern in ein eigenes Reich der Lebewesen, nämlich ins Reich der Protista. Man weiß jedoch heute, dass die Begriffe „Protozoen“ und „Protista“ ebenso wenig systematische Taxa sind wie die Begriffe „Algen“, „Amöben“, „Ciliaten“ oder „Flagellaten“, da diese Einteilung hauptsächlich aufgrund von sichtbaren Merkmalen, dem so genannten Habitus getroffen wurde, nicht aber aufgrund natürlicher Verwandtschaft. Von den etwa 40.000 beschriebenen „Protozoen-Arten“ sind etwa 8.000 Parasiten, von denen wiederum etwa 70 beim Menschen parasitieren. Nur etwa 40 Infektionen durch Protozoen können auch eine Krankheit hervorrufen. ⓘ

Einige parasitische Protozoen gehören eigentlich nicht zu den Protozoen, sondern zu den Algen, denn sie enthalten einen Leukoplasten, z. B. die Apicomplexa, zu denen Plasmodium, der Erreger der Malaria, gehört oder Helicosporidium, eine farblose Grünalge, die in wirbellosen Tieren (Invertebraten) parasitiert. ⓘ

Die wissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Erforschung der Protozoen befasst, ist die Protozoologie. ⓘ

Bedeutung der Mikroorganismen

Nützliche Mikroorganismen

Viele Mikroorganismen werden aus verschiedenen Gründen als nützlich angesehen. So spielen viele in den geochemischen Stoffkreisläufen eine Rolle (Beispiele: Stickstoffkreislauf, N₂-Fixierung, Abwasserreinigung). In der Lebensmittelindustrie werden Mikroorganismen zur Produktion von bestimmten Nahrungsmitteln verwendet. In der Biotechnologie dienen sie als Produzenten von Arzneimitteln (z. B. Antibiotika und Insulin) oder technisch nutzbaren Stoffen. Mikroorganismen werden auch bei der Schädlingsbekämpfung als Alternative zu giftigen chemischen Mitteln eingesetzt. ⓘ

In Zukunft könnte die biotechnologische Nutzung in verschiedenen Bereichen eine noch größere Rolle spielen, etwa bei der Energiegewinnung oder beim biologischen Abbau von Abfall und Schadstoffen. Ein bekanntes Beispiel sind Ölverschmutzungen auf dem Meer: Wenn bei Havarien von Tankern Erdöl oder Erdölprodukte austreten, „fressen“ spezielle Mikroben die als „Teppich“ auf dem Meer schwimmenden Schadstoffe auf. ⓘ

Mikroorganismen im menschlichen Körper

Die Zahl der Mikroorganismen (vor allem Bakterien), die auf und im menschlichen Körper existieren, ist etwa 10- bis 100-mal höher als die Zahl der Zellen, aus denen ein Mensch besteht: Etwa 1 Billiarde (10¹⁵) Mikroorganismen stehen 10–100 Billionen (10¹³–10¹⁴) menschlichen Zellen gegenüber. Dies entspricht einer Gesamtmasse von 0,5 bis 1 kg Mikroorganismen. Die individuelle Besiedelungsgeschichte setzt bereits während der Geburt ein. Nach und nach gestaltet sich diese Mikroflora unter Einfluss von Umgebung und Genen individuell um. ⓘ

Zahlreiche Stämme von Mikroorganismen leben zum Beispiel auf der Haut, im Mund, in der Nase und im Darm. Dabei unterscheiden sich bereits die Stämme in der Armbeuge erheblich von denen auf der Unterarmhaut. Jeweils in derselben Region haben gesunde Menschen aber nahezu den gleichen Besatz von Mikroorganismen.

• Auf einem Quadratzentimeter Haut haben – wenn man von Bakterien mit 1 µm Länge und 0,5 µm Breite ausgeht – theoretisch 200 Millionen Bakterien Platz. Tatsächlich leben aber etwa nur 100 bis 10.000 Bakterien pro cm² Hautfläche; die Haut ist also relativ keimarm.
• Im Magen-Darm-Trakt bilden sie die Darmflora und produzieren Vitamine (Biotin, Folsäure und Vitamin K), stärken das Immunsystem und verhindern die Ansiedlung und Ausbreitung von pathogenen Bakterien und Pilzen. Menschlicher Kot enthält etwa 100 Milliarden Mikroorganismen je Gramm. Die Schleimhäute des Darms verhindern das Eindringen der Bakterien in den Körper. Bald nach dem Tod wird der Körper von den eigenen Darmmikroorganismen zersetzt.
• Milchsäurebakterien sorgen für ein saures Milieu (pH 3,8–4,5) in der Vagina und verhindern so bakterielle Infektionen (siehe Döderlein-Bakterien). ⓘ