Mikroorganismen: Arten, Funktionen, Risiken

Es sind mikroskopisch winzige Lebewesen, die überall auf unserer Erde vorkommen: sogenannte Mikroorganismen. Zu ihnen gehören z. B. Bakterien, Viren, Mikroalgen und Pilze wie etwa auch Backhefe (Bäckerhefe oder Bierhefe). Für uns Menschen gibt es harmlose und krankmachende (pathogene) Mikroben. Einige Mikroorganismen wie die nützlichen Bakterien im Darm fördern unsere Gesundheit, andere wiederum sind teilweise gefährlich und können schwere Erkrankungen hervorrufen.

Was genau sind Mikroorganismen und was für unterschiedliche Arten gibt es? Welche Mikroben stellen eine Bedrohung für uns dar und welche sind nützlich für unseren Organismus? Hier geben wir Dir einen Überblick über die Welt der Kleinstlebewesen unseres Planeten und erklären Dir die Bedeutung von Mikroorganismen für den Menschen.

Definition: Was sind Mikroorganismen? 

Ein Mikroorganismus ist ein mikroskopisch kleiner, einzelliger Organismus. Auch als Mikroben bezeichnet, bestehen Mikroorganismen aus einzelnen Zellen oder Zellaggregaten. Biolog:innen sprechen von einem Aggregationsverband, wenn sich einzelne Zellen zu Verbänden zusammenlagern (agglomerieren). Mikroorganismen sind in der Natur weit verbreitet. Sie leben im Boden, im Wasser, in der Luft und in oder auf anderen Organismen.

Mikroorganismen werden auch in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Dazu gehören:

• Die Produktion von Lebensmitteln (Lebensmittelmikrobiologie).
• Der Umweltschutz (Kläranlage, Abbau von Umweltgiften).
• Die biologische Schädlingsbekämpfung (Bacillus thuringiensis).
• Die Herstellung von Antibiotika, Antikörpern, Hormonen.

Medizinische Mikrobiologie

Mit Mikroorganismen und deren krankheitserregenden Wirkung beschäftigt sich im Bereich der Medizin das Fachgebiet “Medizinische Mikrobiologie”. Mikrobiolog:innen unterscheiden zwischen pathogenen, d. h. krankheitserregenden Mikroorganismen bzw. mikrobiellen Erregern wie Bakterien, Viren, Pilzen und anderen und apathogenen, also nicht krankheitserregenden Mikroben.

Im Fokus der Forschung stehen dabei die Struktur und Physiologie von Krankheitserregern (Pathogenen), die Wechselbeziehung zu den Wirten, der Nachweis der Erreger (Diagnostik) sowie die Behandlung und Vorbeugung von Erkrankungen, die durch einen Mikroorganismus hervorgerufen werden können.

Es gibt obligat pathogene und fakultativ pathogene Erreger. Obligat pathogene Erreger rufen immer eine Krankheit bei uns Menschen hervor. Bei fakultativ pathogenen Erregern hingegen passiert dies in der Regel dann, wenn Betroffene ein geschwächtes Immunsystem haben. Fakultativ pathogene Erreger sind teilweise auch fester Bestandteil der normalen Besiedelung von uns Menschen.

Mikroorganismen: Welche Arten gibt es?

Die Vielfalt an die für unsere Augen unsichtbaren Mikroorganismen ist groß. Es gibt verschiedene Arten. Dazu gehören:

• Bakterien: Hierbei handelt es sich um einzellige Mikroorganismen, die u. a. in der Luft, im Wasser oder in Lebensmitteln vorkommen und die über keinen Zellkern verfügen (Prokaryonten). Das bedeutet, dass die Gene einer Zelle bzw. die DNA (Desoxyribonukleinsäure) nicht in einem abgegrenzten Zellkern liegen, sondern sich in Form eines Nukleoids (Genom der Prokaryonten) im Zytoplasma befinden. Bakterien versorgen sich selbst und haben neben dem eigenen Erbgut auch einen eigenen Stoffwechsel. Viele Bakterien leben in unserem Darm, auf unserer Haut in der Mundhöhle und sind nützlich für die Gesundheit. Etwa ein Prozent der Bakterienarten können Krankheiten verursachen, wenn sie in unseren Organismus eindringen und Stoffe bilden, die uns krank machen.
• Archaeen: Archaea sind einzellige Mikroorganismen ohne abgegrenzten Zellkern, die in extremen Umgebungen (Biotopen) leben können, z. B. in Vulkanen oder im kochenden Wasser irdischer Geysire (Hyperthermophile), in eisigen Temperaturen an den Polen, in sauren Schlammlöchern mit sehr niedrigen pH-Werten (Azidophile), in Umgebungen mit sehr hohen pH-Werten (Alkaliphile) oder in Salzseen mit extrem hohen Salzkonzentrationen (Halophile). Bei uns Menschen befinden sich Archaeen im Bauchnabel, im Mund, im Darm und in der Vagina. Bisher sind keine Arten von Archaeen mit krankheitserregenden Eigenschaften bekannt.
• Pilze: Diese Mikroorganismen kommen z. B. als Speise- und Giftpilze im Wald vor, als Trüffeln unter der Erdoberfläche, als unsichtbarer Hautpilz (Dermatomykose) auf unserer Körperoberfläche oder als Pilz in unserem Organismus. Während einige Arten als Lebensmittel dienen, können andere dem Körper schaden, z. B. bei Hefen oder Schimmelpilzen.
• Algen: Pflanzenartige Lebewesen wie Braunlagen, Rotalgen und Grünalgen leben im Wasser und nutzen Licht, Wasser und Kohlendioxid zur Fotosynthese, um Glukose und Sauerstoff zu bilden. So entstehen aus anorganischen Stoffen mithilfe der Sonnenenergie organische Stoffe. Diese pflanzenartigen Algen gehören aber nicht zu den eigentlichen Pflanzen. Auf unserem Planeten gibt es etwa 80.000 Algenarten, aber nur um die 200 Arten werden als Nahrungsquelle verwendet. Im Bereich der Medizin kommen Algen als Nahrungsergänzungsmittel, Hilfsstoffe in der Arzneimittelproduktion, Wundauflage und Geliermittel zum Einsatz.
• Viren: Ein Virus ist eine winzige organische Struktur, die nur unter einem Elektronenmikroskop erkennbar ist. Viren bestehen nur aus einem oder mehreren Molekülen, die das Erbgut mit Informationen zur Vermehrung, also eine DNA oder RNA (Ribonukleinsäure) enthalten, Eiweiße (Proteinen) und teilweise eine Eiweißhülle. Im Vergleich zu Bakterien verfügen Viren über keine eigene Zelle. Sie haben auch keinen eigenen Stoffwechsel und keine eigene Energiegewinnung. Viren können sich nur in lebenden Wirtszellen vermehren und dringen dafür in tierische, pflanzliche oder menschliche Zellen, in Pilze, Bakterien und Archaeen ein.
  Viren werden nicht als Lebewesen angesehen, weil sie nur Erbinformationen enthalten und sich nicht eigenständig vermehren können. Daher gehören sie im eigentlichen Sinne auch nicht zu den Mikroorganismen. Im allgemeinen Sprachgebrauch hat sich diese Zuordnung aber so verbreitet, dass sie hier ebenfalls erwähnenswert sind.

Nützliche Mikroorganismen und pathogene Mikroorganismen

Mikroorganismen leben nicht nur in unserer Umgebung, sondern befinden sich auch in oder auf unserem Körper. Die Gesamtheit all dieser Mikroorganismen wird als Mikrobiom bezeichnet. Vielleicht hast Du diesen Begriff schon in Zusammenhang mit der Darmflora gehört. Für die Entstehung von Erkrankungen kommen z. B. Mikroorganismen infrage, die als Parasiten leben. Diese besiedeln und nutzen das Reservoir eines Wirts (Mensch oder Tier), um sich zu vermehren. Sie bilden verschiedene Giftstoffe (Toxine) und sondern diese ab, was zu der Entstehung von Krankheiten beitragen kann. Andere Mikroorganismen wiederum leben in symbiotischer Beziehung mit unseren Körperzellen und sind vor allem für die Darmgesundheit essenziell. Die weitreichende Bedeutung für uns Menschen nützlicher Darmbakterien kann nicht oft genug betont werden.

Nützliche Mikroorganismen im Darm

In unserem Darm leisten Mikroorganismen einen wichtigen Beitrag zur Gesundheit. Die bakterielle Besiedlung im Darm wird als Darmflora bezeichnet und setzt sich aus über 400 Bakterienarten zusammen. Die Zusammensetzung hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere von der Ernährung, aber auch von Umwelteinflüssen sowie einer evtl. Einnahme von Medikamenten.

Zu den nützlichen Mikroorganismen im Darm zählen vor allem Bifidobakterien und Laktobazillen. Diese „guten“ Darmbakterien sind nicht nur für eine normale Verdauung unverzichtbar. Sie spielen auch eine entscheidende Rolle in der Immunabwehr. Durch eine Modulation des Immunsystems unterstützen sie die körpereigenen Abwehrkräfte.

Gerät die Darmflora durch zu viele schädliche Mikroorganismen aus dem Gleichgewicht, kann dies verschiedenste Beeinträchtigungen im Magen-Darm-Trakt sowie im Immunsystem nach sich ziehen. Für den Aufbau einer intakten Darmflora können nützliche Mikroorganismen gezielt über die Nahrung oder als Nahrungsergänzung aufgenommen werden. Entsprechende Präparate kennt man unter der Bezeichnung Probiotika. Um die nützlichen Mikroorganismen im Darm zu unterstützen, empfehlen wir Dir eine ballaststoffereiche Ernährung, da diese den Bakterien als Nahrungsquelle dienen. 

Für weitere Informationen empfehlen wir Dir auch folgende Beiträge:

• Darmflora: Das solltest Du über das Mikrobiom im Darm wissen
• Darmflora aufbauen – Gründe, Hausmittel, Ernährung, Tipps
• Darmbakterien: Arten, Funktionen und Tipps für glückliche Bakterien
• Darmreinigung & Darmsanierung: Anleitung, Hausmittel & Darmkur Tipps

Nützliche Mikroorganismen in Lebensmitteln

Mikroorganismen kommen häufig auch in Lebensmitteln vor. Manche sind dort erwünscht und werden auch zur Haltbarmachung der Lebensmittel eingesetzt, z. B. durch Fermentierung. Andere Mikroorganismen wiederum sind unerwünscht, wenn sie Erkrankungen bei uns Menschen hervorrufen oder die Lebensmittel verderben.

Hinsichtlich der Lebensmittel erfüllen Mikroorganismen verschiedene Aufgaben. Sie tragen dazu bei, dass wir Lebensmittel besser verdauen können, verringern die Garzeit, versehen bestimmte Nahrungsmittel mit einem angenehmen Aroma und machen sie haltbarer.

Zu den für unsere Gesundheit nützlichen Mikroorgansimen, die als Lebensmittel verwendet werden, gehören z. B.:

• Mikroalgen (z. B. Chlorella) finden Verwendung als diätetisches Lebensmittel und als Lebensmittel-Zusatz.
• Backhefe und deren Extrakte kommen als Vitamin-B-Nahrungsergänzungsmittel, Würzmittel und Brotaufstrich zum Einsatz.
• Speisepilze werden als Nahrungsmittel genossen.

Mikroorganismen, insbesondere Milchsäurebakterien, werden aber auch zur Herstellung von Lebensmitteln genutzt. Viele Lebensmittel erhalten dadurch erst die gewünschte Konsistenz sowie die typischen Aromen:

• Sauermilchprodukte wie Joghurt, saure Sahne und Käse enthalten z. B. Milchsäurebakterien, Kefirhefen und Reifungskulturen wie Rotschmierebakterien, Weiß-, Blau- oder Edelschimmel.
• Sauerkraut, Salzgurken, eingelegte Oliven und andere fermentierte Sauergemüse sind reich an Milchsäurebakterien.
• Essig enthält Essigsäurebakterien.
• Alkoholische Getränke werden aus Bier-, Wein- oder Sake-Hefen hergestellt.
• Sauerteigbrot besteht u. a. aus Milchsäurebakterien und Hefen.
• Gepökeltes Fleisch enthält u. a. Milchsäurebakterien, Hefen und Vibrioarten.
• Asiatische Lebensmittel wie Tofu, Miso, Soja bestehen ebenfalls aus Milchsäurebakterien.

Hier weiterlesen: Probiotische Lebensmittel

Lebensmittel haltbar machen: Das Prinzip der Fermentierung

Mikroorganismen beeinflussen nicht nur Geschmack, Geruch, Aussehen und Konsistenz von Lebensmitteln, sondern auch die Haltbarkeit. Dies geschieht u. a. durch das Prinzip der Fermentation, einer besonderen Art der Gärung. Verschiedene Lebensmittel können dadurch fermentiert und konserviert werden – ohne dass die Nährstoffe verloren gehen. An dem Prozess der Fermentation sind Mikroorganismen wie z. B. Milchsäurebakterien, Hefen und Essigsäurebakterien beteiligt.

Fermentieren wir frisches Gemüse, befinden sich die Mikroorganismen auf der Oberfläche. Weitere Bakterien müssen für die Fermentation nicht hinzuzugeben werden – es reicht aus, das Gemüse in Salzlake einzulegen und luftdicht zu lagern. Nun vermehren sich die Bakterien und wandeln den enthaltenen Zucker und die Stärke im Gemüse in Milchsäure um.

In Folge der sogenannten Milchsäuregärung sinkt der pH-Wert und es entsteht ein saures Milieu. Fäulnisbakterien, die das Gemüse verderben würden, können in einer sauren Umgebung nicht überleben. Auf diese Weise wird fermentiertes Gemüse haltbar gemacht. Zudem fördern milchsauer vergorene Lebensmittel die Darmgesundheit, indem sie für eine gesunde Vielfalt der Darmflora sorgen.

Pathogene Mikroorganismen in Lebensmitteln

Tierische oder pflanzliche Lebensmittel, die mit krankheitserregenden Bakterien verdorben oder vergiftet (kontaminiert) sind, können lebensmittelbedingte Erkrankungen und gefährliche Lebensmittelvergiftungen auslösen. Bakterielle Infektionen durch pathogene Mikroorganismen rufen in den meisten Fällen Symptome in unserem Magen-Darm-Trakt hervor, z. B. Übelkeit, Erbrechen und Durchfall (Diarrhoe). Daher ist die Kontrolle von Lebensmitteln mitsamt der Produktionskette im Rahmen der Lebensmittelsicherheit wichtig, um unsere Gesundheit nicht zu gefährden. Unbehandeltes Obst oder Gemüse, rohes Fleisch, rohe Eier, Trinkwasser und Milchprodukte gehören zu den häufigen Quellen für bakterielle Infektionen.

Zu den pathogenen Mikroorganismen, die mit einem Gesundheitsrisiko für uns Menschen einhergehen, gehören folgende Bakterien:

• Campylobacter: Diese schraubenförmige Bakterienart zählt zu der häufigsten Ursache von Darminfektionen (Campylobacteriose). Das Hauptreservoir von Campylobacter ist der Verdauungstrakt von Geflügel und Legehennen. Auf uns Menschen übertragen werden die Bakterien über Lebensmittel, z. B. über unzureichend erhitztes Geflügelfleisch, Hackfleisch, Innereien, Rohmilch oder kontaminiertes Trinkwasser.
• Clostridium: Diese gram-positiven, Sporen bildenden Bakterien leben überall in der Umwelt. Krankheitserreger sind z. B. Clostridium botulinum (Botulismus) und Clostridium perfringens. Sie können schwere Erkrankungen hervorrufen, wenn Lebensmittel kontaminiert sind und die Erreger auf uns übertragen werden. Als besonders risikoreich gelten Räucherfische, leicht gesalzene Fische oder Wurstwaren, die in Vakuumverpackungen gelagert werden.
• Legionellen: Gram-negative, stäbchenförmige Bakterien dieser Gattung leben im Wasser. Auslöser der sogenannten Legionärskrankheit (Legionellose) ist die Bakterienart Legionella pneumophila. Der Übertragungsweg erfolgt in den meisten Fällen über kontaminiertes Trinkwasser.
• Listerien: Die stäbchenförmigen Bakterien kommen in allen Bereichen der Umwelt vor. Krankheitserreger wie Listeria monocytogenes sind Auslöser der Lebensmittelvergiftung (Listeriose) bei Menschen. Die Infektionen können zudem Blutvergiftungen (Sepsis), Entzündung der Gehirn- und Rückenmarkshäute (Meningitis) und Gehirnentzündungen (Enzephalitis) hervorbringen. Listerien haben einen sehr geringen Nährstoffbedarf und vermehren sich auch bei niedrigen Temperaturen, z. B. im Kühlschrank. Bei gesunden Menschen verlaufen Infektionen mit Listerien meist mild oder symptomlos. In der Schwangerschaft können sie allerdings die Gesundheit des Ungeborenen gefährden.
• Salmonellen: Stäbchenförmige gram-negative Bakterien wie Salmonellen sind sehr widerstands- und anpassungsfähig. Als pathogene Bakterien gehören sie daher zu den hauptsächlichen Verursachern von Lebensmittelvergiftungen (Salmonellose). Die Übertragung erfolgt insbesondere über tierische Lebensmittel, z. B. über rohe Eier, rohes Fleisch, Milch, Eiscreme, Rohmilchkäse oder pflanzliche Lebensmittel wie Keimlinge und Trockenpilze. 12 bis 36 Stunden nach Verzehr können typische Symptome einer Salmonellose auftreten. Dazu gehören heftige Durchfälle, Erbrechen, Bauchschmerzen, Kopfschmerzen, allgemeines Unwohlsein und Fieber.
• Staphylokokken: Die gram-positiven Bakterien leben auf unserer Haut und unseren Schleimhäuten, in den oberen Atemwegen und kommen zudem in eitrigen Wunden vor. Einige Arten bilden Giftstoffe, die Erkrankungen bei uns hervorrufen können. Das Bakterium Stapylococcus aureus verursacht z. B. Lebensmittelinfektionen. Lebensmittel mit einem besonders hohen Risiko für eine Übertragung sind Fertiggerichte, Süßspeisen und Feinkostsalate. Auch MRSA (Methicillin-resistente Staphylococcus aureus) sind Mikroorganismen und Wundinfektionserreger, die unempfindlich (resistent) gegenüber vielen Antibiotika sind. Eine Therapie solcher Infektionen stellt daher eine große Herausforderung im medizinischen Alltag dar.
• EHEC, Escherichia coli (E. coli): Das Bakterium Escherichia coli ist fester Bestandteil unserer natürlichen Darmflora (Mikrobiom). In der Regel sind sie harmlose Darmbewohner. Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) hingegen sind pathogene E. coli-Bakterien, die schwere Infektionen bei uns Menschen hervorrufen können. Sie produzieren starke Giftstoffe (Zellgifte) wie Verotoxin (Verotoxin-produzierende E. coli„ kurz VTEC) oder Shigatoxin (Shigatoxin-produzierende E. coli„ kurz STEC), die lebensmittelbedingte und teilweise lebensbedrohliche Erkrankungen auslösen können. Zu den wichtigsten Kontaminationsquellen gehören rohe Lebensmittel wie rohes Fleisch sowie unpasteurisierte Milchprodukte.

Tipps für den Alltag: Wie vermeide ich Lebensmittelinfektionen?

Mikrobielle Lebensmittelinfektionen können uns auf den Magen (und Darm) schlagen und mit Magenkrämpfen, Durchfall und Erbrechen einher gehen. In Bezug auf den hygienischen Umgang mit Lebensmitteln, der Lagerung und Transportwege und Zubereitung der Speisen gibt es einiges zu beachten. Mit folgenden Tipps kannst Du Lebensmittelvergiftungen u. a. vorbeugen:

• Hygieneregeln beachten: Regelmäßig Hand- und Spültücher auswechseln und Hände waschen, z. B. nach jedem Toilettengang und vor dem Kontakt mit Lebensmitteln sowie vor jeder Essenszubereitung.
• Lagerung von Lebensmitteln: Leicht verderbliche Lebensmittel schnell verbrauchen und auf das Mindesthaltbarkeitsdatum achten. Nach Ablauf des Verbrauchsdatums die Lebensmittel entsorgen. Der Kühlschrank sollte regelmäßig abgetaut, nicht überladen werden und eine Temperatur unter 7° Celsius aufweisen. Warme Speisen nicht in den Kühlschrank stellen, sondern vorher abkühlen lassen.
• Transport von Lebensmitteln: Damit sich Keime nicht vermehren, achte darauf, dass die Kühlkette von gefrorenen und kühlpflichtigen Lebensmitteln auf dem Weg vom Supermarkt nach Hause nicht unterbrochen wird. Kühlboxen können für Transportwege hilfreich sein. Warme Speisen, die außer Haus gekauft wurden, sollten schnellstmöglich verzehrt werden, da sich vorhandene Krankheitskeime unter 60° Celsius schnell vermehren können.

Bei der Zubereitung von Speisen gibt es ebenfalls einiges zu berücksichtigen, um Lebensmittelinfektionen zu vermeiden:

• Fleisch- und Fischgerichte immer gut durchbraten und garen. Empfohlen werden Kerntemperaturen zwischen 70° und 80° Celsius für mindestens zehn Minuten.
• Kein rohes Fleisch verzehren, z. B. rohes Hackfleisch, Tatar.
• Lebensmittel, die häufig mit Salmonellen kontaminiert sind, gründlich erhitzen, z. B. Geflügel.
• Eier immer durchkochen und durchbraten. Frühstückseier mindestens fünf Minuten kochen.
• Speisen in der Mikrowelle immer ausreichend erhitzen (mindestens 70° Celsius).
• Haustiere von Lebensmitteln fernhalten und sie während der Zubereitung von Speisen aus der Küche verbannen.
• Haare zusammenbinden, Schmuck ablegen und auf Sauberkeit achten, z. B. auf saubere Kleidung, Hände und Fingernägel.
• Folgende Reihenfolge wird bei der Zubereitung von Speisen empfohlen: Zuerst Speisen zubereiten, die nicht erhitzt werden, z. B. Desserts. Dann folgen rohe pflanzliche Lebensmittel wie Gemüse und Salate und zuletzt rohes Fleisch und Geflügel.
• Sorgfältige Küchenhygiene: für rohe und gegarte Lebensmittel nicht dieselben Küchenutensilien verwenden, z. B. ein Schneidebrett für Fleisch und Geflügel und ein anderes Schneidbrett für Obst und Gemüse.