Bakterien: Die Allrounder
Sie sind wahrscheinlich die Urahnen der ersten lebenden Zellen auf unserem Planeten. Seit über drei Milliarden Jahren besiedeln die Bakterien die Erde. Von ihrer urzeitlichen Abstammung zeugt auch ihre Ausstattung. Ein Bakterium besitzt alles, was es zum Leben braucht: einen Stoffwechsel, ein Erbgut und eine Zellhülle zur Abgrenzung gegen die Umwelt.
Im Verlauf der Entwicklungsgeschichte hatten die Bakterien genug Zeit, die unterschiedlichsten Eigenschaften anzunehmen. Man findet sie überall, auch dort, wo Leben sonst kaum existieren kann - in Schwefelquellen, kochendem Wasser, in ölhaltigem Gestein, Tausende von Metern unter dem Meeresspiegel; sogar in mit polychloriertem Biphenylen (PCB) verseuchten Böden finden Bakterien ein Auskommen.
Die Beispiele stehen für eine gewaltige Zahl verschiedener Bakterien. Weil sich viele im Labor nicht vermehren lassen, entziehen sie sich dem forschenden Zugriff und bleiben verborgen. Mikrobiologen vermuten denn auch rund 500 000 Bakterienarten auf der Erde, lediglich mit 2000 haben sie sich näher befasst. Trotzdem sind Bakterien für den Menschen von fundamentaler Bedeutung - im guten wie im schlechten: Ohne die Mithilfe der Kolibakterien würde unsere Verdauung nicht klappen; Lacto- und Bifidobazillen machen Milch zu Joghurt und folglich haltbar, und für die teuren Löcher im Emmentalerkäse sorgen Propionsäure-Bakterien.
Andererseits sind Bakterien auch für eine Vielzahl von Erkrankungen verantwortlich: Lungenentzündungen, Syphilis, Tripper, Tuberkulose, Listeriose, Salmonellose, Cholera, Pest, Lepra sind nur einige Beispiele. Weit über tausend verschiedene Bakterienarten können in spezialisierten medizinischen Laboratorien nachgewiesen werden. Um die bakteriellen Erkrankungen wirksam zu behandeln, hat die Medizin seit den dreissiger Jahren dieses Jahrhunderts mit den Antibiotika Substanzen in der Hand. Allerdings scheint ihre Wirksamkeit langsam zu verblassen. Immer mehr Krankheitskeime werden gegen die Medikamente unempfindlich. Die Bakterien passen sich ihren «Widersachern» schneller an, als die Forschung neue entwickeln kann.
Viren: Die Minimalisten
Menschen, Moskitos, Tabakpflanzen, Rinder, Kartoffeln, Schweine, Enten - wohl kein Lebewesen hat vor den Virusparasiten Ruhe. Sogar Bakterien kriegen es mit ihren ureigenen Viren, den Bakteriophagen («Bakterienfressern»), zu tun. Viren treten ohne Ausnahme als Schmarotzer auf den Plan. Denn im Gegensatz zu anderen Mikroorganismen wie Bakterien, Pilzen und Einzellern können die viralen Winzlinge nur auf Kosten eines Wirts überleben.
Viren sind die kleinsten Parasiten. Um sie mit einem Elektronenmikroskop abbilden zu können, ist eine bis zu 300 000fache Vergrösserung nötig; gleichzeitig sind sie die raffiniertesten Minimalisten. Im Gegensatz zu Bakterien, Pilzen und Einzellern können Viren keine Nährstoffe aufnehmen und verarbeiten. Denn sie besitzen keinen eigenen Stoffwechsel und sind deshalb unfähig, sich alleine zu vermehren. Dazu brauchen sie die Mithilfe der Zellen, die sie befallen.
Viren stammen aus dem Grenzbereich zwischen belebter und unbelebter Natur. Veritable Organismen, das heisst Lebewesen, sind sie mit Sicherheit nicht. Sie bestehen meist nur aus einem Erbgut, das in eine Hülle verpackt ist. Diese schützt das Viruserbgut und hilft ihm beim Eintritt in eine Wirtszelle. Ein Virus ist einem Informationspaket vergleichbar, das imstande ist, eine befallene Zelle so umzuprogrammieren, dass diese mit der Produktion neuer Viren beginnt.
Ihr einfacher Aufbau macht die Viren zu äusserst diffizilen Kreaturen. Sie halten nicht viel aus: Ist es trocken, gehen sie ein. Etwas Seifenwasser genügt, um sie abzutöten, und Forscher müssen aufpassen, dass sie sie beim Schütteln im Reagenzglas nicht zerstören. Deshalb müssen Viren den Sprung von Mensch zu Mensch in geschützter Umgebung schaffen; zum Beispiel in durch die Luft gepusteten Tröpfchen wie Grippe- und Schnupfenviren; oder in Nahrungsmitteln und Wasser, in Blut oder Sekreten der Sexualorgane oder ganz einfach im Darm von Insekten. Dabei wechseln Viren ihre Übertragungswege auch im Verlauf vieler Jahrhunderte nie. Dass das HI-Virus eines Tages durch die Luft übertragen werden könnte, scheint ausgeschlossen.
Die Zahl der verschiedenen Virustypen wird heute auf rund 5000 geschätzt, einige hundert davon wurden bisher beschrieben. Dabei können sie die unterschiedlichsten Formen besitzen: Sie können wurmartig, rund, oval oder wie ein Kristall aussehen; sie können einen Schwanz oder - wie bei gewissen Bakteriophagen - die Gestalt einer Mondlandefähre haben.
Das Muster einer Virusinfektion verläuft keineswegs immer gleich: Die weit über hundert Rhinoviren-Typen verwandeln die Nasenschleimhäute innert weniger Stunden in eine öde Kraterlandschaft - ein handfester Schnupfen ist die Folge. Ganz anders die sogenannten Lentiviren, die nach der Übertragung oft Jahre bis Jahrzehnte untätig im Körper ruhen, bis sie aktiviert werden und dann zu Krebs führen können. Ein ebenfalls meist verborgenes Dasein führen die weitverbreiteten Herpes-Viren: In Stresssituationen oder durch intensive UV-Bestrahlung werden sie aus ihrem Dämmerzustand geweckt und lassen dann Fieberbläschen (Herpes labialis), Pusteln auf den Sexualorganen (Herpes genitales) oder schmerzhafte Gürtelrosen (Herpes zoster) entstehen.
Da ihnen ein eigener Stoffwechsel fehlt, ist es bisher nicht gelungen, hochwirksame Substanzen zu finden, um die Virusvermehrung zu stoppen. Wer sie angreift, schädigt in der Regel auch die eigenen Körperzellen. Die Krankheit Aids hat die Pharmaforschung aber dazu veranlasst, intensiver nach antiviralen Medikamenten zu fahnden. Heute sind Medikamente auf dem Markt, die den Infektionsverlauf der Herpes- und HI-Viren wenigstens teilweise bremsen.
Pilze: Die Unangenehmen
Die Welt der Mikroorganismen wird zwar durch Viren und Bakterien dominiert, doch in ihrem Schatten leben zahlreiche einzellige Wesen, die in ihrem Aufbau den Zellen höherer Lebewesen gleichen: Pilze und Protozoen. Wie die Pflanzen und Tiere sind sie sogenannte Eukaryonten, das heisst, sie besitzen einen Zellkern, in dem das Erbgut in Form von Chromosomen aufgezwirbelt ist, Mitochondrien, die die Energie für den Stoffwechsel liefern, und andere Zellorganellen, über die die Bakterien nicht verfügen. Pilze sind wegen ihres komplexen Zellaufbaus auch rund 100- bis 1000mal grösser als Bakterien.
Pilze bilden eines der fünf Reiche der Lebewesen. Dieses Reich versammelt mehrere Gruppen eukaryontischer Zellen, die starre Zellwände haben und kein Chlorophyll enthalten. Pilze sind in der Natur weit verbreitet. Unter den geschätzten 50 000 bis 250 000 Pilzarten sind lediglich 200 Arten bekannt, die bei Menschen eine Krankheit verursachen können. Dennoch ist die Verbreitung der Pilzkrankheiten in und auf unserem Körper enorm: Füsse, Fingernägel, Augen, Mund, Magen-Darm-Trakt und Geschlechtsorgane können betroffen sein. Solche Erkrankungen werden in der Regel mit sogenannten Antimykotika behandelt. Obwohl in den letzten Jahren mehrere neue Medikamente gegen Pilze zugelassen wurden, liegt die Zahl der Antimykotika weit unter jener der Mittel gegen Bakterien.
Protozoen: Die Verwandlungskünstler
Protozoen sind tierische Einzeller, das heisst, sie verfügen über sämtliche Eigenschaften wie die Zellen von Tieren. Nur in den wenigsten Fällen sind sie für die Menschen gefährlich: Zu den wichtigsten Ausnahmen gehören die Tropenkrankheiten Malaria, Leishmaniose, Schlafkrankheit, aber auch die bei uns verbreitete Toxoplasmose und eine Form der Lungenentzündung (Pneumocystis carinii pneumonia).
Manche Protozoen sind wahre Verwandlungskünstler, da sie im Gegensatz zu Pflanzen- und Pilzzellen keine starre Zellwand haben. Amöben beispielsweise sind kaum an ihrer äusseren Gestalt zu erkennen und können bis zu mehrere Millimeter gross werden.
Protozoen vermehren sich einmal geschlechtlich, dann wieder ungeschlechtlich. In ihrem Vermehrungszyklus wechseln sie mehrmals die Gestalt, oft auch den Wirt. Zum Beispiel der Malaria-Erreger Plasmodium: Vom Speichel einer Anopheles-Mücke gelangen einige Infektionskeime in die Blutbahn eines Menschen. Sie dringen in die Leberzellen ein, wo sie sich zu vielkernigen Gebilden vermehren, die im Reifezustand mehrere tausend einkernige, ungeschlechtliche Zellen enthalten. Diese schwärmen nun aus, um Blutzellen zu befallen und zu zerstören. In den Blutzellen können aber auch Geschlechtszellen entstehen. Befruchten können sie sich jedoch nur im Mitteldarm einer Anopheles-Mücke. Sticht diese wieder zu, nimmt der verhängnisvolle Kreislauf erneut seinen Gang.
Viroide und Prionen: Die Exoten
Die virusähnlichen Viroide können völlig auf eine Hülle verzichten. Sie bestehen lediglich aus einem ringförmigen Erbgutfaden, der sich in Pflanzen vermehren kann. 1990 haben Viroide rund 30 Millionen asiatische Kokospalmen zugrunde gerichtet. Die Krankheit heisst Cadang-Cadang, was auf den Philippinen soviel wie «schlimm-schlimm» bedeutet. Eigentlich sind Viroide gar nicht infektiös. Um von einer Pflanze zur nächsten zu gelangen, benötigen sie die Mithilfe der Menschen. Übertragen werden sie etwa mit den Messern von Plantagenarbeitern: Schlagen diese eine Kerbe in eine Kokospalme, wird das Messer mit infizierten Zellen verseucht. Beim Schlag in die nächste gesunde Palme ist das Viroid übertragen. Die Desinfektion der Arbeitswerkzeuge ist nutzlos. Viroide überstehen das Eintauchen in Alkohol und das anschliessende Abfackeln schadlos.
Wie die Viroide sind auch die Prionen gegen hohe Temperaturen gefeit. Doch die Prionen sind noch exotischer. Für Biologen sind sie ein Mysterium. Bisher ist es nämlich nicht gelungen, ihr Erbgut ausfindig zu machen. Möglicherweise handelt es sich beim Erreger des Rinderwahnsinns und gewisser seltener Hirnerkrankungen beim Menschen um ein infektiöses Eiweiss. Es scheint in Nervenzellen ein normales Eiweiss in das bösartige Prion-Eiweiss umzuwandeln. Sollte sich bestätigen, dass Prionen lediglich aus Eiweiss bestehen, würde ein Dogma der Biologie umgestossen. Denn bisher ging man davon aus, dass jeder Erreger ein Erbgut besitzt, das er von einem Organismus zum nächsten mitschleppt.