Bakterien: Gram-Färbung, Formen und Vermehrung

Gram-Färbung bei Bakterien

Bei Bakterien ist die Zellwand eine Determinante der Zellform und dient auch als Klassifizierungskriterium. Im Jahr 1884 entwickelte der französische Bakteriologe Christian Gram eine Methode, um Bakterien mittels spezifischer Färbung unter dem Lichtmikroskop zu beobachten. Nicht alle Bakterien ließen sich jedoch mit dieser Methode anfärben, was zur Einteilung in zwei Gruppen führte:

• Gram-positive Bakterien, die sich anfärben lassen.
• Gram-negative Bakterien, die sich nicht anfärben lassen.

Dieser Unterschied beruht darauf, dass die Zellwände der Bakterien strukturelle Unterschiede aufweisen.

Zellwandaufbau

Bei gram-positiven Bakterien besteht die Zellwand hauptsächlich aus Peptidoglycan und Teichonsäuren. Im Gegensatz dazu besitzen gram-negative Bakterien zusätzlich zum Peptidoglycan eine äußere Membran, die Moleküle wie Lipoproteine und Lipopolysaccharide enthält.

Gruppierung von Bakterien nach Zellteilung

Viele Bakterienarten, insbesondere Kokken, bleiben nach der Zellteilung zusammen und bilden charakteristische Formationen, die ihre Identifizierung erleichtern.

Kokken-Formationen

• Teilt sich eine Kokke in einer Ebene und die Zellen bleiben paarweise zusammen, entsteht ein Diplokokkus. Beispiele sind Meningokokken (oft mit abgeflachten, aneinandergrenzenden Seiten, ähnlich einer Kaffeebohne) und Pneumokokken (oft längliche Diplokokken, lanzettförmig).
• Teilt sich eine Kokke wiederholt in einer Ebene und die Zellen bleiben aneinandergereiht, entsteht eine Kette (Streptokokken).
• Teilt sich eine Kokke in mehreren Ebenen, führt dies zu traubenförmigen Haufen, die für Staphylokokken charakteristisch sind.

Bazillen-Formationen

Bazillen (stäbchenförmige Bakterien) bleiben seltener nach der Teilung zusammen. Man beschreibt jedoch:

• Streptobazillen: Ketten von Bazillen.
• Bakterien in Palisadenstellung: Hierbei bleiben die Stäbchen nach der Teilung an einem Ende miteinander verbunden und lagern sich parallel an.

Allgemeine Merkmale von Bakterien

Struktur und Größe

Bakterien sind Lebewesen, die strukturell zu den einfachsten zählen. Es sind zelluläre Organismen, die zu den Prokaryoten gehören. Das Fehlen von Membranen, die Kompartimente abgrenzen, führt dazu, dass Metaboliten im gesamten Zytoplasma verteilt sind. Trotz ihrer strukturellen Einfachheit sind Bakterien aus biochemischer Sicht komplexe und vielfältige Wesen, was ihnen ermöglicht, sich an die unterschiedlichsten Bedingungen anzupassen. Die meisten Bakterien sind sehr klein.

Zellformen und Organisation

Die meisten bakteriellen Prokaryoten sind einzellige Organismen, einige bilden jedoch Kolonien oder Fäden aus spezialisierten Zellen. Obwohl viele Arten unregelmäßige Formen haben, weisen Bakterien im Allgemeinen einige Grundformen auf:

• Kokken (kugelförmig)
• Bazillen (zylindrisch, stäbchenförmig)
• Spirochäten (spiralförmig)
• Vibrionen (kommaförmig)

Kokken treten bei einigen Arten als getrennte, unabhängige Zellen auf, bei anderen in Gruppen (z.B. Diplokokken, Staphylokokken).

Ernährung

Bakterien haben verschiedene Ernährungsmechanismen: Einige ernähren sich durch die Aufnahme von Nährstoffen (heterotroph), andere sind autotroph, d.h., sie betreiben Photosynthese oder Chemosynthese.

Vermehrung von Bakterien

Zellteilung und Wachstum

Bakterien, wie alle Vertreter der Moneren (Prokaryoten), vermehren sich ungeschlechtlich durch einfache Zweiteilung (binäre Spaltung). Während dieses Prozesses replizieren die Zellen ihre DNA und verteilen diese dann zusammen mit den verschiedenen zellulären Komponenten gleichmäßig auf die Tochterzellen. So entstehen aus einer bakteriellen Vorläuferzelle zwei Tochter-Bakterien. Wenn sich jede dieser Zellen wieder teilt, gibt es vier, dann acht, und so weiter.

Die Anzahl der Bakterien in einer Umgebung mit optimalen Bedingungen (Nährstoffe, Temperatur, pH-Wert etc.) kann daher mit der Zeit exponentiell ansteigen (1, 2, 4, 8, 16, ...). Die meisten Bakterien teilen sich unter optimalen Bedingungen in weniger als einer Stunde. Andere hingegen, wie die Erreger von Lepra und Tuberkulose, vermehren sich deutlich langsamer.