Mikrobiologie: Geschichte, Entdeckungen und ihre Rolle bei Krankheiten

Mikrobiologie: Grundlagen und Geschichte

Konzept der Mikrobiologie

Die Mikrobiologie ist die Wissenschaft, die sich mit dem Studium von Mikroorganismen (MO) befasst, deren Größe unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegt (<100 µm).

Diese Definition impliziert, dass ihr Gegenstand der Studie von der Methodik bestimmt wird, darunter:

• Mikroskopie
• Techniken der Reinkultur im Labor
• Usw.

Entdeckung von Mikroorganismen

Antonie van Leeuwenhoek

• Einfaches Mikroskop
• Entdeckung von Mikroorganismen (kleine Lebewesen in Teichwasser, 1674)
• Beschreibung von Bakterien und Einzellern

Robert Hooke

• Zusammengesetztes Mikroskop
• Beschreibung von Fadenpilzen (1667) und Vergleich mit Leeuwenhoeks einfachen Mikroskopen

Erste Bilder von Bakterien (Leeuwenhoek)

Klassifizierung von Mikroorganismen

Vor der Entdeckung der Mikroorganismen glaubte man, dass nur lebende Tiere und Pflanzen existierten. Pflanzen und Tiere konnten klar voneinander getrennt werden, während das Wissen über Mikroorganismen noch sehr begrenzt war.

Zur Vermeidung willkürlicher Klassifikationen schlug Ernst Haeckel 1866 das Reich der Protisten vor, das Algen, Pilze, Einzeller und Bakterien umfasste.

Geschichte der Mikrobiologie: Große Kontroversen des 19. Jahrhunderts

Die Debatte über die Urzeugung (Abiogenese)

• Ideen von Aristoteles wurden übernommen.
• Redi (1668): Experimente zum Ausschluss der Urzeugung von Tieren.
• Omne vivum ex ovo (Alles Leben aus einem Ei) wurde akzeptiert, aber Omne vivum ex vivo (Alles Leben aus Leben) noch nicht vollständig.

Der Streit zwischen Spallanzani und Needham

• Needham interpretierte die Experimente falsch und behauptete, dass das Erhitzen der Gläser die Lebenskraft (Vitalität) der Luft zerstöre.

Pasteur beendet die Kontroverse um die Urzeugung

• Experimente mit offenen Flaschen, die mit langen, gebogenen Hälsen (Schwanenhalsflaschen) ausgestattet waren.
• Nach dem Kochen erschienen keine Mikroorganismen, solange die Flasche nicht bewegt wurde.
• Mikroorganismen gelangten in die Flüssigkeit, wenn diese den gebogenen Hals erreichte.
• Die Schwanenhalsflasche diente als Falle zum Einfangen von Mikroorganismen.

Die Debatte über die Gärung

• Zwei Theorien zur Entstehung der alkoholischen Gärung: chemische und biologische.
• Pasteur (1857): Wurde zu einem Problem in den Raffinerien von Lille gerufen. Er entdeckte, dass Bakterien Milchsäuregärung verursachten.
• 1860: Pasteur zeigte, dass Hefe die alkoholische Gärung hervorruft und Bakterien die Buttersäuregärung.
• Entdeckung des Lebens in Abwesenheit von Luft (Anaerobiose).
• Versöhnung der beiden Theorien: Buchner isolierte eine zellfreie Zubereitung (Zymase) aus Hefe.

Technische Fortschritte in der Mikrobiologie

Reinkulturen

• Zwei Theorien zur Form der Mikroorganismen: Pleomorphismus und Monomorphismus.
• Die Entscheidung zugunsten von Reinkulturen (maßgeblich durch Robert Kochs Labor).
• Feste Medien auf Basis von Kartoffelscheiben, Gelatine und Agar-Agar.
• Petri (im Labor von Koch) erfand die nach ihm benannte Petrischale.
• Anreicherungskulturen und differentielle Medien (Beijerinck, Winogradsky).

Mikroskope und Färbetechniken

• Koch arbeitete mit der deutschen Glasindustrie (Schott) zusammen und bat um Hilfe von Optikexperten (Abbe, Zeiss).
• Verbesserte Achromaten.
• Beleuchtung durch Untertischkondensator.
• Immersionsöl-Objektiv (1878).
• Koch arbeitete mit der chemischen Industrie (BASF) zusammen:
• Zum Anfärben von Bakterien (Methylenblau, Fuchsin, Gentianaviolett etc.), ab 1877.
• Ziehl-Neelsen: Differentialfärbung für säurefeste Bakterien (AFB) (1883).
• Hans C. Gram: Gramfärbung (Differentialfärbung) (1884).

Die Rolle der Mikroorganismen bei Infektionskrankheiten

Spekulationsperiode (theologisch geprägt)

Die Menschheit kannte mikrobielle Aktivitäten, ohne etwas über Mikroorganismen zu wissen.

Miasma-Theorie und frühe Konzepte

Miasma-Theorie: Lucretius und Fracastoro (1546) postulierten unsichtbare Krankheitserreger. Fermentierte Getränke (Käse, Milch, Wein, Bier) waren bekannt.

• Pasteur löst eine Seidenraupenkrankheit (Pébrine). 1869 identifiziert er das Protozoon Nosema bombycis.
• Arbeiten zur Vogelcholera.
• Arbeiten zur Tollwut.

Robert Koch und die Ätiologie von Infektionskrankheiten

• Koch (1876): Reinkulturverfahren: Isolierung und Vermehrung des pathogenen Bakteriums, das für Milzbrand verantwortlich ist.
• Erste Aufnahmen von Bacillus anthracis, gefärbt mit Methylenblau.
• Nachweis einer widerstandsfähigen Phase (Endosporen) dieses Bakteriums.
• Die Krankheit kann experimentell reproduziert werden, indem die Bazillen in Labortiere re-injiziert werden.

Kochsche Postulate (1882)

1. Der Erreger muss in erkrankten Individuen nachweisbar sein.
2. Der Organismus muss vom erkrankten Wirt in Reinkultur isoliert werden.
3. Die in Reinkultur gewachsenen Mikroorganismen müssen bei Impfung in gesunde Tiere die Krankheit auslösen.
4. Aus den experimentell infizierten und erkrankten Tieren muss der Organismus erneut isolierbar sein.

Die Koch-Schule isoliert zahlreiche Krankheitserreger

• Cholera (1883)
• Diphtherie (1884)
• Tetanus (1885)
• Pneumonie (1886)
• Meningitis (1887)
• Pest (1894)
• Syphilis (1905)

Asepsis und Chemotherapie

• Die Einführung der Narkose (Mitte des 19. Jahrhunderts) führte zu einem Anstieg chirurgischer Infektionen.
• Lister führte die Verwendung von Phenol und Quecksilbersalzen ein (aseptische Chirurgie).
• Paul Ehrlich: Konzept der „magischen Kugeln“.
• Arbeit mit Chemikalien und Entdeckung von Salvarsan 606 gegen Syphilis.
• Chemotherapie