Grundlagen der Mikrobiologie und Biotechnologie

1. Pathogene Mikroorganismen

Mikroorganismen können sowohl nützlich als auch schädlich sein. Während die normale Flora den Körper schützt, wirken opportunistische Pathogene bei geschwächter Abwehr krankheitserregend.

• Epidemie: Eine Krankheit, die sich innerhalb einer bestimmten Zeit in einer Bevölkerungsgruppe oder einem geografischen Gebiet ausbreitet.
• Pandemie: Weit verbreitete Krankheiten, die über große geografische Räume auftreten.
• Vektoren: Organismen, die Krankheitserreger übertragen.
• Reservoire: Orte, an denen Mikroorganismen überdauern.
• Quarantäne: Isolierung von Individuen zur Verhinderung von Infektionen.

A) Mikrobielle Infektion

Das Eindringen pathogener Mikroorganismen in den Körper erfolgt über natürliche Körperöffnungen (Mund, Nase). Die Anheftung geschieht durch Fimbrien oder Oberflächenmoleküle. Bei einer Infektion produziert der Körper Antikörper; breitet sich der Erreger über die Blutbahn aus, spricht man von einer systemischen Infektion.

B) Virulenz

Die Virulenz beschreibt die Fähigkeit eines Mikroorganismus, eine Krankheit zu verursachen. Faktoren sind:

• Toxine: Exotoxine (Proteine, die freigesetzt werden) oder Endotoxine (LPS-Bestandteile der Zellwand).
• Enzyme: Diese hydrolysieren Membrankomponenten, zerstören Gewebe oder fördern die Blutgerinnung (Fibrin), um sich vor Makrophagen zu schützen.

2. Chemotherapie

Therapie zur Behandlung von Krankheiten mit spezifischen chemischen Substanzen:

• Antibiotika: Stoffwechselprodukte von Pilzen oder Bakterien, die die Zellwandsynthese oder die DNA/RNA-Synthese hemmen. Sie wirken nicht gegen Viren.
• Synthetische Wirkstoffe: Beispiele sind Sulfonamide, AZT (gegen AIDS) oder Chloroquin (gegen Malaria).

3. Mikrobielle Biotechnologie

Die Nutzung von Mikroorganismen zum Nutzen der Menschheit:

A) Fermentationsprozesse

Anaerobe oder aerobe unvollständige Oxidation organischer Moleküle in Fermentern:

• Ethanolherstellung: Glucose zu Ethanol und CO2 (z. B. Wein, Branntwein).
• Milchsäuregärung: Lactose zu Milchsäure (z. B. Joghurt).

B) Produktion von Antibiotika, Vitaminen und Enzymen

Pilze der Gattung Penicillium produzieren Penicillin. Zudem werden Vitamine (B12, Riboflavin), Aminosäuren (als Süßungsmittel) und Enzyme (Proteasen, Renin) biotechnologisch gewonnen.

C) Biologische Schädlingsbekämpfung

Einsatz entomopathogener Mikroorganismen zur Vernichtung von Schadinsekten, ohne Mensch oder Tier zu schädigen.

D) Lebensmittelindustrie und Gentechnik

Mikroorganismen werden zur Lebensmittelherstellung und -analyse genutzt. In der Gentechnik werden Bakterien als Vektoren verwendet, um Hormone (Insulin) oder Impfstoffe zu synthetisieren.

E) Abwasserbehandlung

Mikroorganismen bauen organische Stoffe ab, wobei CO2 und CH4 entstehen.

4. Kontrolle von Mikroorganismen

Schutzmaßnahmen gegen unerwünschte Mikroorganismen umfassen:

• Physikalische Methoden: Hitze (trocken/nass), Kälte, ionisierende und nicht-ionisierende Strahlung.
• Chemische Methoden: Sterilisatoren (z. B. Formaldehyd) und Desinfektionsmittel.