Bakterien leben auf und in uns und haben daher einen mächtigen Einfluss auf unser Leben. Alles zum Aufbau und der Vermehrung von Bakterien erfährst du in diesem Video, also ab geht's! Sie leben auf unserer Haut, unseren Schleimhäuten und in unserem Darm. Sie unterstützen unsere Verdauung, unser Immunsystem und sogar unsere Partnerwahl. Und sie können schwerwiegende Krankheiten hervorrufen.
Bakterien gehören zu den ältesten Lebensformen auf der Erde und bilden eine von insgesamt drei Domänen, der höchsten Klassifizierungskategorie in der Biologie. Ein niederländischer Naturforscher war der erste, der die kleinen Lebewesen unter einem selbstgebauten Mikroskop beobachtete. Wegen ihrer Form taufte er sie auf den Namen Bakterion, was auf Griechisch so viel wie Stäbchen bedeutet.
Doch Bakterien kommen noch in vielen anderen Formen daher, zum Beispiel als kugelförmige Kocken, als schraubenförmige Spirillen oder ausgestattet mit langen Fäden, sogenannten Haifen. Der grundlegende Aufbau stimmt jedoch bei allen Bakterienformen überein. Schauen wir uns das mal genauer an.
Bakterien sind Prokaryoten, das heißt sie besitzen keinen Zellkern. Ihre DNA liegt frei im Plasma in einem ringförmigen Chromosom vor. Der Ort, an dem sich die DNA in der Bakterienzelle befindet, wird Nukleoid genannt.
Diese Region ist äquivalent zum Kern von Eukaryoten, wird jedoch anders als hier nicht von einer Membran begrenzt. Außerdem haben Bakterien kleinere Ribosomen als Eukaryoten, nämlich sogenannte 70S-Ribosomen und sonst keine weiteren Organellen. Zusätzlich zu ihrem ringförmigen Chromosom haben viele Bakterien noch Plasmide. Das sind kleine Ringe extrachromosomaler DNA, die unabhängig vom Chromosom repliziert wird.
An ihrer Oberfläche tragen viele Bakterien sogenannte Pili. Mit diesem farbenförmigen Fortsetzen können sie sich an andere Zellen oder Substrate anheften. Wegen ihrer hohen Vermehrungsrate und ihrer kurzen Generationsdauer werden Bakterien häufig in der molekulargenetischen Forschung eingesetzt.
Der wohl bekannteste Modellorganismus ist das Darmbakterium E. coli. Bei einer Umgebungstemperatur von 37°C teilt sich das Bakterium im Schnitt alle 20 Minuten, sodass in einer einzigen Nacht aus einer Ausgangszelle eine Kolonie mit 10 hoch 7 bis 10 hoch 8 Zellen gezüchtet werden kann.
Für die Zucht benötigt man ein Nährmedium. Je nach Konsistenz unterscheidet man zwischen Nährflüssigkeit mit gelösten Nährstoffen und Mineralien oder festen Nährböden. Hier wird das Geliermittel Agar-Agar mit Nährstoffen und Mineralien versetzt und in eine Petrischale gegossen. Die Anzahl der Bakterien im Nährmedium wird auch Bakterientiter genannt. Wenn man diesen Titer über einen Zeitraum von mehreren Stunden alle 20 Minuten bestimmt, ergibt sich eine für Bakterien charakteristische Wachstumskurve mit vier Phasen.
Nämlich der Leg-Phase, der Log-Phase, die stationäre Phase und natürlich die Abnahmephase. Grund für diesen Kurvenverlauf ist der Vermehrungsmechanismus von Bakterien. Fortpflanzung und Vermehrung bei Bakterien findet nämlich in der Regel durch Zweiteilung statt.
Zunächst verdoppelt die Elternzelle ihr Chromosom. Danach wächst eine Plasmamembran zwischen Chromosom und Tochterchromosom und drängt die beiden auseinander. Im Anschluss wächst die Elternzelle auf circa das Doppelte ihrer Ausgangsgröße heran.
Dabei schnürt sich die Plasmamembran nach innen ein und zwischen den beiden Zellen bildet sich eine Zellwand, sodass es schließlich zur endgültigen Trennung kommt. Auf diese Weise entsteht bei der ersten Zellteilung eine Tochterzelle, bei der zweiten Teilung entstehen vier und bei der dritten Teilung acht Zellen und so weiter. Wenn im Nährmedium zu Beginn der Teilung noch viele Nährstoffe enthalten sind und die Bakterien noch reichlich Platz haben, können sich die Bakterien zunächst rasch vermehren.
Nach dem exponentiellen Wachstum in der Logphase stagniert das Wachstum jedoch, weil die Nährstoffkonzentration im Medium sinkt. Während die Bakteriendichte und die Anzahl giftiger Ausscheidungsprodukte steigt. Soweit, so logisch.
Und in der Abnahmephase können sogar Bakterien sterben, was zu einem Abfall der Wachstumskurve führt. Da bei einer Zweiteilung aus einer Elternzelle zwei identische Tochterzellen entstehen, spricht man... auch von asexueller Vermehrung. Und das sehen wir uns jetzt näher an. Aber nicht alle Bakterien in einer Kultur sind genetisch identische Klone.
Das liegt daran, dass es häufig zu Veränderungen des Erbguts, sogenannten Mutationen, kommt. Mutationen treten in der Regel spontan und ungerichtet. auf.
Sie können aber auch gezielt durch äußere Faktoren wie Strahlung oder Chemikalien induziert werden. Diese Faktoren nennt man Mutagene. Manchen Mutanten fehlt die Fähigkeit, lebensnotwendige Substanz zu vermitteln.
Substanzen wie Aminosäuren, Fettsäuren oder Vitamine selbst herzustellen. Diese Mutanten nennt man auch Auxotroph. Damit sie wachsen und sich vermehren können, benötigen sie ein Vollmedium, das mit den entsprechenden Substanzen angereichert ist. Im Gegensatz dazu wachsen Prototrophe-Bakterien auch auf Minimalmedien mit einer einfachen Nährstoffausstattung.
Sie können alle lebenswichtigen Substanzen nämlich selbst herstellen. Die Wildform von E. coli ist Prototroph.
Auxotrophe-Mutanten können im Labor mithilfe mutagener Faktoren wie UV-Strahlung oder Salpetersäure gezüchtet werden. Du solltest also auf jeden Fall auch mal den Begriff asexuelle Vermehrung gehört haben, um den Bau und die Vermehrung von Bakterien zu verstehen. Mehr über die Bakteriengenetik erfährst du in diesem Video und natürlich in unserer Playlist, also unbedingt mal abchecken. Abonnieren und Daumen hoch freut uns sehr und bis zum nächsten Video. Viel Erfolg, mach's gut, ciao!