Endosporenbildner: Bacillus und Clostridium
Bacillus und Clostridium bilden als einzige medizinisch wichtige Gattungen Endosporen und verursachen Milzbrand, Botulismus, Tetanus und Gasbrand.
Das Wichtigste in Kürze
- Bacillus und Clostridium sind grampositive Stäbchen und die medizinisch wichtigsten Endosporenbildner, während Corynebacterium, Lactobacillus, Streptococcus und Mycobacterium keine Endosporen bilden.
- Bacillus anthracis lebt im Boden, bildet hitzeresistente Sporen und verursacht Milzbrand, eine von Tieren auf den Menschen übertragene Zoonose.
- Clostridien sind obligat anaerob und bilden thermoresistente Endosporen, die die Zelle oft auftreiben, bei C. tetani in Trommelschlegelform.
- C. botulinum ist ein peritrich begeißeltes Stäbchen, dessen Toxin die Acetylcholin-Freisetzung blockiert und eine schlaffe Lähmung auslöst.
- C. tetani verursacht Tetanus durch ein Toxin, das im Rückenmark Glycin und GABA blockiert (spastische Lähmung), C. perfringens verursacht Gasbrand.
Worum es geht
Nur wenige Bakterien überdauern als Endospore Hitze, Trockenheit und viele Desinfektionsmittel. Die wichtigsten sind die grampositiven Stäbchen Bacillus und Clostridium. In der Pharmazie begegnen sie dir bei der Sterilisation und als Bildner der stärksten natürlichen Gifte, zu denen das Botulinumtoxin gehört.
Endosporenbildende Gattungen
Wie eine Endospore entsteht und warum sie so widerstandsfähig ist, steht in der Einheit zu Zellformen und Sporen. Hier geht es darum, wer sie bildet. Das ist nur eine Minderheit der Bakteriengattungen. Medizinisch zählen vor allem Bacillus und Clostridium.
Viele andere grampositive Gattungen bilden nie Endosporen. Dazu gehören Corynebacterium, Lactobacillus und Streptococcus. Auch Mycobacterium gehört dazu, einschließlich des Lepraerregers Mycobacterium leprae. Mykobakterien sind zwar sehr widerstandsfähig. Das verdanken sie aber ihrer wachsreichen Zellwand, nicht einer Spore.
Anders als Endosporen entstehen die Exosporen von Streptomyces nicht im Zellinneren. Sie schnüren sich außen an Lufthyphen ab und dienen vor allem der Verbreitung.
Bacillus anthracis
Bacillus anthracis ist ein großes, grampositives Stäbchen mit typischer Bakterienzellwand. Die Zellen liegen oft in langen Ketten. Die Spore sitzt mittelständig und treibt die Zelle nicht auf. Das Bakterium lebt freilebend im Boden. Dort überdauern seine hitzeresistenten Endosporen jahrzehntelang.
Milzbrand (Anthrax) ist eine Zoonose, also eine Krankheit, die von Tieren auf den Menschen übergeht. Weidetiere wie Rinder nehmen Sporen beim Grasen auf und erkranken. Aus ihren Kadavern gelangen neue Sporen in den Boden. Der Mensch steckt sich an kranken Tieren oder an Tierprodukten wie Fell und Wolle an. Je nach Eintrittsweg entsteht Haut-, Lungen- oder Darmmilzbrand.
Der Milzbranderreger gehört zur Gattung Bacillus und nicht zu den Clostridien. Wundstarrkrampf, Gasbrand und Botulismus gehen dagegen auf Clostridien zurück. Scharlach verursachen Streptokokken.
Clostridien: Merkmale
Clostridien sind grampositive Stäbchen und obligat anaerob. Sauerstoff hemmt oder tötet ihre vegetativen Zellen (Sauerstoffbedarf). Typisch sind thermoresistente Endosporen, die auch Kochen überstehen. Die Spore ist oft breiter als die Zelle und treibt sie spindelförmig auf. Daher stammt der Name: griechisch klostér heißt Spindel.
Die Lage der Spore hilft beim Erkennen. Bei B. anthracis liegt sie mittig, bei C. botulinum oval und subterminal, also kurz vor dem Zellende. C. tetani trägt eine runde, endständige Spore. Die Zelle sieht dann aus wie ein Trommelschlegel.
Weil Clostridien Sauerstoff nicht vertragen, vermehren sie sich nicht in offenen, luftnahen Wunden. Sie brauchen sauerstoffarme Orte: tiefe, schlecht durchblutete Wunden mit abgestorbenem Gewebe, luftdicht verschlossene Konserven oder den Darm.
- grampositive Stäbchen mit Endosporen
- aerob oder fakultativ anaerob
- Spore treibt die Zelle meist nicht auf
- Beispiel: B. anthracis (Milzbrand)
- grampositive Stäbchen mit Endosporen
- obligat anaerob
- Spore treibt die Zelle oft auf
- Beispiele: C. botulinum, C. tetani, C. perfringens
Clostridium botulinum
Der Erreger des Botulismus ist Clostridium botulinum. Er gehört zu den Clostridien und nicht zur Gattung Bacillus. Als Bakterium ist er ein Prokaryot ohne Zellkern. Seine Zellen sind Stäbchen, also nicht kugelförmig, und peritrich begeißelt. Wie alle Clostridien ist er grampositiv, obligat anaerob und bildet thermoresistente Endosporen.
Botulismus ist meist eine Lebensmittelvergiftung. Sporen überleben unzureichendes Erhitzen von Konserven oder Eingemachtem. Im luftdichten Glas keimen sie aus und bilden Botulinumtoxin. Wer dieses Toxin mit der Nahrung aufnimmt, erkrankt auch ohne lebende Bakterien.
Das Toxin blockiert an der motorischen Endplatte die Freisetzung von Acetylcholin. Der Muskel erhält kein Signal mehr. Es folgt eine schlaffe Lähmung, oft zuerst an Augen- und Schluckmuskeln, im schlimmsten Fall bis zur Atemlähmung. In winzigen Dosen nutzt man genau diese Wirkung therapeutisch, etwa bei Muskelkrämpfen der Augenlider.
Tetanus und Gasbrand
Clostridien schaden vor allem durch Exotoxine, also Proteine, die sie nach außen abgeben (Exotoxine). Ihre Toxine gehören zu den stärksten natürlichen Giften. Schon winzige Mengen genügen für eine schwere Erkrankung.
Tetanus
Tetanus (Wundstarrkrampf) verursacht das Bakterium Clostridium tetani, nicht ein Virus und auch kein Pilz. Sporen aus Erde gelangen in tiefe Wunden, etwa durch einen Holzsplitter oder einen rostigen Nagel. Die Infektion bleibt lokal und zerstört am Eintrittsort kaum Gewebe. Das Toxin Tetanospasmin wandert entlang der Nerven ins Rückenmark. Dort blockiert es an hemmenden Interneuronen die Freisetzung von Glycin und GABA. Ohne diese Bremse verkrampfen die Muskeln dauerhaft, typisch ist die Kieferklemme.
Beide Neurotoxine stammen von Clostridien, wirken aber gegensätzlich. Tetanustoxin hemmt die Hemmung im Rückenmark und führt zur spastischen Lähmung. Botulinumtoxin blockiert Acetylcholin an der Endplatte und führt zur schlaffen Lähmung.
Gasbrand
Gasbrand verursacht vor allem Clostridium perfringens. Er entsteht in tiefen, verschmutzten Wunden mit abgestorbenem Gewebe. Anders als beim Tetanus zerstören die Toxine hier das Gewebe direkt am Infektionsort. Die Bakterien vergären Gewebebestandteile, das entstehende Gas knistert unter der Haut.
Quiz
Aussage 1
Clostridium botulinum ist ein begeißeltes, stäbchenförmiges Bakterium.
C. botulinum ist ein peritrich begeißeltes Stäbchen, also nicht kugelförmig, und ein grampositiver Prokaryot.
Aussage 2
Der Lepraerreger Mycobacterium leprae überdauert ungünstige Bedingungen als Endospore.
Mykobakterien bilden keine Endosporen. Ihre Widerstandskraft beruht auf der wachsreichen Zellwand. Endosporen bilden vor allem Bacillus und Clostridium.
Aussage 3
Die Krankheitszeichen des Tetanus entstehen vor allem dadurch, dass Clostridium tetani das Gewebe an der Eintrittsstelle zerstört.
Die Infektion bleibt lokal und zerstört kaum Gewebe. Das Toxin Tetanospasmin wirkt im Rückenmark und blockiert dort Glycin und GABA an hemmenden Interneuronen.
Aussage 4
Bacillus anthracis lebt freilebend im Boden, und Menschen infizieren sich mit Milzbrand meist über Tiere oder Tierprodukte.
Die Sporen überdauern im Boden, Weidetiere erkranken, und der Mensch steckt sich an Tieren, Fell oder Wolle an. Milzbrand ist eine Zoonose.
Aussage 5
Clostridien vermehren sich bevorzugt in oberflächlichen, gut belüfteten Wunden.
Clostridien sind obligat anaerob. Sie wachsen in tiefen, sauerstoffarmen Wunden mit abgestorbenem Gewebe.
Aussage 6
Clostridium perfringens ist der Haupterreger des Gasbrands.
C. perfringens wächst in tiefen, verschmutzten Wunden, zerstört Gewebe durch seine Toxine und bildet Gas.
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