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Elemente
Bakterĭen
(vom grch. bakterion, Diminutiv von baktron, d. h. Stab), [* 2] Spaltpilze oder Schizomyceten, einzellige, rundliche oder cylindrisch-stabförmige pflanzliche Lebewesen von 0,001 mm oder noch weniger Durchmesser, selten mehr als viermal so lang als breit. Ihr Zellleib besteht aus Protoplasma (Mykoproteïn), welches bei einigen Chlorophyll (Blattgrün) enthält (Spaltalgen), meist aber farblos ist (Spaltpilze); Kerne sind bisher nur bei wenigen Formen beschrieben worden. Im Protoplasma können Stärke- und Schwefelkörner vorkommen.
Die Zellen haben eine gallertige Hülle mit starrer innerster Schicht; von dieser Hülle scheinen auch
Geißelfäden auszugehen, welche bei einigen beweglichen Formen beobachtet werden und durch ihre Schwingung
[* 3] die Ortsbewegung
[* 4] der in Flüssigkeiten veranlassen. Die runden Zellformen heißen Kokken (grch. kokkos,
Kern, s. Kokkus und
Tafel:
Bakterien,
[* 1]
Fig. 2 u. 6), die geraden, stäbchenförmigen
Bakterien im
engern
Sinne oder
Bacillen
[* 1]
(Fig. 1 u. 3), die schrauben- oder korkzieherförmig gewundenen Spirillen
[* 1]
(Fig. 4 u.
5, vom grch. speira,
d. i. gedrehter
Strick) oder auch Spirochäten.
Die
Vermehrung der
Bakterien geschieht dadurch, daß dieselben sich, wenn sie eine bestimmte
Größe erreicht haben, in zwei Hälften
zerlegen; diese werden entweder frei oder bleiben in bestimmter
Anordnung nebeneinander liegen, so daß
Verbände, Fäden oder Gruppen, entstehen; so unterscheidet man bei den Kokken Kettenreihen
(Streptokokken, vgl.
Tafel:
Bakterien,
[* 1]
Fig. 2), traubenförmige Gruppen (Staphylokokken), Gruppen zu je vier Kokken (Tetragenus,
[* 1]
Fig.
6), paketförmige zu je 16 durch
Teilung in drei Dimensionen (Sarcine) u. s. f. Besonders groß werden
diese Verbände, wenn sie durch starke Quellung der Zellmembranen der einzelnen Kokken zu sog.
Zooglöen sich ausbilden.
Solche Verbände sind z. B. die sog. Kahmhäute, welche auf
gärenden Flüssigkeiten schwimmen und aus unzähligen in einer schleimigen Grundsubstanz eingebetteten
Bakterien bestehen,
ferner der sog. Froschlaich der Zuckerfabriken, die Kefirkörner u. a. m.
Da die Form und
Farbe dieser Verbände sehr charakteristisch für jede Einzelart ist und man sie mit bloßem
Auge
[* 5] gut erkennen
kann, so dienen dieselben als sehr sicheres Unterscheidungsmerkmal bei der Reinzüchtung (s.
Bakteriologie II, Untersuchungsmethoden).
Gewöhnlich dann, wenn der Nährboden, auf dem die
Bakterien wachsen, erschöpft ist, bilden viele
Arten aus ihrem Protoplasma
Sporen (vom grch. spóros, der Same), kleine
Körner, welche von großer Widerstandskraft gegen
äußere Einflüsse (Hitze, Kälte, Trockenheit) sind, daher, wenn der Zellleib selbst bereits abgestorben ist, am Leben
bleiben und viele Jahre lang die Kraft
[* 6] bewahren, wieder auszuwachsen und neue Zellgenerationen zu bilden,
sobald sie wieder auf guten Nährboden gelangen.
Entstehen die
Sporen im Innern des Zellleibes, so bezeichnet man die
Bakterien als endospor (vgl.
Tafel:
Bakterien,
[* 1]
Fig. 3); wandeln sich ganze Zellen in
Sporen um, so nennt man sie arthrospor. Auf dieser Eigenschaft der
Sporenbildung beruht die Leichtigkeit der Verschleppung keimfähiger
Bakterien durch die Luft
und daher ihre eminente Verbreitung. In der Luft wechselt die Zahl der
Keime je nach der
Lokalität; so fanden sich im
Freien
in
Berlin
[* 7] 0,1–0,5
Keime
pro
Liter, im Krankensaal 11,0 pro
Liter, in einem Versuchstierstall 232 pro
Liter. Seeluft wurde bisweilen
ganz
bakterienfrei gefunden; im Regenwasser fand Miquel 35, im Seinewasser oberhalb
Paris
[* 8] 1400, unterhalb
Paris 3200
Keime pro Kubikcentimeter.
Wachstumsbedingungen.
1) Die
Temperatur bietet jedem Bakterium ein Optimum, bei welchem das Wachstum am besten vorschreitet, sowie ein Minimum und
Maximum, jenseit welcher Grenzen
[* 9] die Zelle
[* 10] getötet wird. Die Empfindlichkeit für die
Temperatur ist bei parasitischen
Bakterien viel feiner als bei saprophytischen (s. unten). Die untere Grenze ist fast unbegrenzt,
selbst bei –110° C. sterben viele
Bakterien noch nicht ab; die obere beträgt für Wuchsformen 50–60°, für
Sporen bis zu 130°. 2) Wasser ist für die
Bakterien im allgemeinen nötig, wenn auch einzelne
Arten, vor allem
aber die
Sporen, das Austrocknen sehr lange ertragen.
3) Sauerstoff bedürfen viele Bakterien (aerobiontische), andere werden durch dies Gas getötet (anaerobiontische); viele können mit oder ohne Sauerstoff vegetieren (fakultativ anaerobiontische).
4) Die chlorophyllhaltigen Spaltalgen vermögen, wie alle übrigen Pflanzen, Kohlensäure zu assimilieren und Sauerstoff auszuscheiden. Die chlorophyllfreien Spaltpilze dagegen bedürfen zur Ernährung höher organisierter tierischer oder pflanzlicher Stoffe, welche sie durch ihre Stoffwechselvorgänge zerlegen können, Eiweiße, Kohlenhydrate u. s. w.; im einzelnen bestehen bezüglich der Zuträglichkeit der Nährböden große Differenzen. Von Bedeutung ist ferner die Reaktion der Nährstoffe; die beste Entwicklung geschieht bei schwach saurer, neutraler oder schwach alkalischer Reaktion.
Schädlich für das Leben der Bakterien wirken stärkere Säuren und bestimmte Metallsalze. Hierauf beruht die praktische Verwertung derselben (Karbolsäure, Sublimat, schweflige Säure u. a.) zur Desinfektion [* 11] und Antisepsis. Sublimat tötet Sporen schon in einer Verdünnung von 1:20000 in 10 Minuten; Carbolsäure in 5prozentiger Lösung in 24 Stunden. Sehr stark bakterientötend wirken Chlor, Brom, Jod, Kalk; absoluter Alkohol tötet die Sporen der Milzbrandbacillen auch nach monatelanger Einwirkung nicht. Die wichtigsten Kokken (Strepto- und Staphylokokken) erliegen schon bei Anwendung schwächerer (2–3 Proz.) Carbolsäurelösungen.
Unter günstigen Wachstumsbedingungen läuft die Entwicklung der Bakterien sehr rasch ab, manche können sich in 30 Minuten vollständig bis zur Teilung ausbilden; andere brauchen indessen auch länger. Man hat ausgerechnet, daß, wenn die Nährböden ausreichten, bei der stetigen Entwicklung von zwei Bakterien aus einem im Laufe einer Stunde, nach drei Tagen bereits aus einem Bakterium 47 Trillionen mit einem Gewicht von 7½ Mill. kg geworden wären; nach fünf Tagen würden sie den Raum des ganzen Weltmeers ausfüllen können.
Für die Bewegung der Bakterien ist die Art der Lebensbedingungen insofern maßgebend, als dieselbe z. B. bei den Aerobionten immer dorthin gerichtet ist, wo Sauerstoff ist (Oberfläche der Flüssigkeiten, daher die oberflächliche Entwicklung der Kahmhäute, u. a.).
Je nachdem die Bakterien auf toten oder lebenden Nährsubstraten vegetieren, unterscheidet man Saprophyten und Parasiten; manche Formen können bald saprophytisch, bald parasitisch leben. Die erstern bilden durch Oxydationsprozesse Verwesung, Fäulnis, Gärung, die letztern wirken ¶
forlaufend
krankheiterregend. Diese eigentümliche Wirkung beruht im erstern Falle auf der Bildung bestimmter Stoffe, welche, ohne selbst verbraucht zu werden, große Mengen von hochorganisierten Körpern chemisch verändern und zerlegen, sog. Fermente, Enzyme. Peptonisierende Bakterien sind solche, die bei ihrem Wachstum auf eiweiß- oder leimhaltigen Nährböden Peptone bilden. Starre Nährböden (Nährgelatine, geronnenes Eiweiß, erstarrtes Blutserum u. dgl.) werden durch diese Bakterien verflüssigt.
Die peptonisierenden Bakterien heißen deshalb auch verflüssigende. Die Peptonisierung wird durch Fermente, die diese Bakterien bilden, hervorgerufen. Die vollständige Zersetzung des Nährsubstrats in seine letzten Endprodukte (Kohlensäure, Wasser) heißt Verwesung; geht die Zerlegung nur bis zur Bildung bestimmter, noch mehr oder weniger hochstehender Verbindungen, so nennt man den Prozeß Gärung (hierher gehört die Zerlegung des Zuckers in Alkohol durch Saccharomyces, des Alkohols in Essig durch Bacterium [Mycoderma] aceti Zopf, des Milchzuckers in Milchsäure, bei dem Sauerwerden der Milch, durch Bacillus lacticus Hueppe, die Kefirgärung u. s. w.); werden dabei stinkende Gase [* 13] gebildet, so heißt er Fäulnis (Bacterium termo Ehrb. und Proteus, s. d.). Die bei diesen Zersetzungen auftretenden Produkte hemmen, wenn sie eine gewisse Quantität erreicht haben, bei manchen Bakterien die Lebensthätigkeit und damit das Fortschreiten der Gärung.
Die krankheiterregende Wirkung der pathogenen Bakterien beruht auf der Produktion von dem Organismus schädlichen Giften (Ptomainen, Toxinen, Toxalbuminen), die, je nachdem der letztere ein guter oder schlechter Nährboden für die bestimmte Bakterienart ist, in verschiedenem Grade gebildet werden; ihre Kenntnis im einzelnen ist gegenwärtig wegen der sehr schwierigen Reindarstellung noch in den ersten Anfängen. Bleibt das Wachstum der Parasiten auf eine Körperstelle beschränkt, so entsteht eine lokale Infektionskrankheit (Furunkel, Hospitalbrand u. ähnl.) unter dem Bilde einer Entzündung;
auf den Gesamtorganismus wirken dann nur die in dem Entzündungsherd ausgeschiedenen Gifte;
gelangt der Parasit aber in das Blut und vermag er sich darin zu entwickeln, so wird er durch die Cirkulation des Blutes im ganzen Körper verbreitet und es entsteht die fieberhafte Infektionskrankheit des ganzen Körpers (z. B. das Rückfallfieber, der Milzbrand u. ähnl.);
in bestimmten, der Fortbildung günstigen Organen können dann die Bakterien liegen bleiben und lokale Krankheitsherde bilden. Im allgemeinen wirkt die Blutflüssigkeit bakterientötend, solange sie ihre vitalen Eigenschaften bewahrt. Es entsteht also eine Art Kampf zwischen dem Organismus und den Bakterien;
vermag der erstere die letztern zu töten, so tritt Genesung ein, siegen die letztern, so geht der Organismus zu Grunde.
Die verschiedene Natur der einzelnen Bakterienarten und die verschiedene Widerstandskraft der von ihnen heimgesuchten Organismen, welche sowohl nach Arten und Gattungen, als nach Individuen und nach den einzelnen betroffenen Organen sehr stark variiert (so wird z. B. die Hausmaus durch den Bacillus der Mäuseseptichämie getötet, die Feldmaus bleibt dagegen völlig gesund), endlich die verschiedene Art des Eindringens der Bakterien bedingt die große Mannigfaltigkeit der Infektionskrankheiten.
Den von Bakterien gebildeten Fermenten und Toxinen lassen sich die von andern entwickelten Farbstoffe an die Seite stellen. So entwickelt sich z. B. auf Brot [* 14] und ähnlichen Nährböden der Micrococcus prodigiosus Cohn in Gestalt blutroter Flecke, das sog. Blutende Brot (s. d.), Blutwunder u. s. w.
Quantität wie Qualität aller Produkte der Pilze [* 15] hängen von den äußern Lebensbedingungen ab; Veränderung des Lichts, der Temperatur, des Nährbodens verändern auch die Stoffwechselprodukte. Diese Thatsache wird bei den pathogenen Pilzen verwertet, indem man ihre Giftbildung durch geeignete Methoden abschwächt. Impft man mit dem abgeschwächten, aber immer noch wirksamen Parasiten, so entwickelt derselbe sich zwar, erzeugt aber keine so schwere Krankheit als bei voller Virulenz, dagegen wird wunderbarerweise der geimpfte Organismus durch das Überstehen der schwächern specifischen Krankheit widerstandsfähig (immun) gegen stärkere Infektionen. Hierauf beruht die sog. Schutzimpfung, die zuerst von Jenner empirisch für die Pocken gefunden wurde und neuerdings systematisch namentlich von Pasteur, Behring u. a. bearbeitet wird. Die Wirksamkeit der Schutzimpfung ist bei den einzelnen Infektionskrankheiten, soweit bekannt, von verschiedener Zeitdauer. (S. Bakteriologie.)