Lektion 2: Bakterien I – Aufbau, Wachstum und Stoffwechsel (Aerobier vs. Anaerobier)

A. Klinische Relevanz

 

Bakterien sind die Hauptverursacher der häufigsten oralen Erkrankungen, Karies und Parodontitis. Um diese Krankheiten zu verstehen und zu bekämpfen, müssen wir die grundlegende Biologie unserer “Gegner” kennen. Der Aufbau der Bakterienzelle erklärt, warum bestimmte Antibiotika (z.B. Penicillin) wirksam sind. Das exponentielle Wachstumsmuster erklärt, warum eine unbehandelte Infektion sich so schnell ausbreiten kann. Die wichtigste Eigenschaft für die orale Mikrobiologie ist jedoch der Stoffwechsel in Bezug auf Sauerstoff. Die Unterscheidung zwischen Aerobiern und Anaerobiern ist der Schlüssel zum Verständnis, warum sich die gefährlichsten Keime in den sauerstoffarmen Nischen der Mundhöhle, wie den tiefen Zahnfleischtaschen, ansiedeln.

 

B. Detailliertes Fachwissen

 

1. Der Aufbau der prokaryotischen Zelle Bakterien sind Prokaryonten und unterscheiden sich fundamental von menschlichen (eukaryotischen) Zellen.

  • Kein Zellkern: Das genetische Material (ein einzelnes, ringförmiges Chromosom) liegt frei im Zytoplasma in einer Region, die als Nukleoid bezeichnet wird.

  • Zellwand: Eine starre, äußere Hülle, die der Zelle Form und Schutz vor osmotischem Druck verleiht. Ihre Hauptkomponente ist das Peptidoglykan (Murein), ein Polymer, das in menschlichen Zellen nicht vorkommt. Dies macht die Zellwand zu einem idealen Angriffsziel für Antibiotika wie Penicillin.

  • Weitere Strukturen:

    • Zellmembran: Kontrolliert den Stofftransport.

    • Ribosomen: Ort der Proteinsynthese (haben einen anderen Aufbau als menschliche Ribosomen, ein weiteres Antibiotika-Ziel).

    • Kapsel: Eine äußere Schleimschicht, die das Bakterium vor dem Immunsystem (Phagozytose) schützt.

    • Pili/Fimbrien: Kurze Anhängsel zur Anheftung an Oberflächen.

    • Flagellen: Lange Geißeln zur Fortbewegung.

2. Bakterielles Wachstum und Vermehrung

  • Mechanismus: Bakterien vermehren sich asexuell durch Zweiteilung (Binary Fission).

  • Wachstumskurve: In einer Kultur durchlaufen Bakterien vier Phasen:

    1. Lag-Phase (Anlaufphase): Anpassung an die Umgebung, kein Wachstum.

    2. Log-Phase (Exponentielle Phase): Maximale, exponentielle Vermehrung. Die Population verdoppelt sich in einer konstanten Generationszeit (kann bei manchen Bakterien nur 20 Minuten betragen).

    3. Stationäre Phase: Nährstoffe werden knapp, toxische Produkte reichern sich an. Die Wachstumsrate entspricht der Absterberate.

    4. Absterbephase: Die Zahl der absterbenden Zellen überwiegt.

3. Der Stoffwechsel: Die entscheidende Beziehung zu Sauerstoff (O₂)

Typ Beziehung zu O₂ Mechanismus Dentale Relevanz
Obligate Aerobier Benötigen O₂ zwingend zum Überleben. Aerobe Zellatmung. Selten in pathogenen Nischen.
Fakultative Anaerobier Können mit oder ohne O₂ überleben. Können zwischen aerober Atmung (bevorzugt) und Gärung/anaerober Atmung umschalten. Dominieren in supragingivaler Plaque und initialer Karies (z.B. Streptococcus mutans).
Obligate Anaerobier Werden durch O₂ abgetötet. Rein anaerobe Atmung oder Gärung. Ihnen fehlen Enzyme zum Abbau toxischer Sauerstoffradikale. Die Hauptpathogene in sauerstofffreien Nischen wie tiefen Parodontaltaschen und nekrotischen Wurzelkanälen (z.B. Porphyromonas gingivalis).
Mikroaerophile Benötigen eine geringe O₂-Konzentration. Aerobe Atmung, aber empfindlich gegenüber atmosphärischer O₂-Konzentration. Einige parodontale Keime (z.B. Campylobacter).

 

C. Klinische Anwendung & Fallbeispiele

 

Die Mundhöhle als ökologischer Gradient: Die Beziehung zum Sauerstoff erklärt die Zonierung der oralen Flora.

  • Supragingival (oberhalb des Zahnfleischrandes): Ein sauerstoffreiches Milieu. Hier dominieren fakultative Anaerobier und Aerobier.

  • Subgingival (in der Tasche): Mit zunehmender Taschentiefe sinkt die Sauerstoffkonzentration drastisch. Im Taschenboden herrscht ein streng anaerobes Milieu. Dies selektiert für das Wachstum der hoch-pathogenen, proteolytischen obligaten Anaerobier, die für die Zerstörung des Zahnhalteapparates bei der Parodontitis verantwortlich sind.

Fallbeispiel: Der endodontische Abszess

  • Szenario: Ein Zahn stirbt ab, der Wurzelkanal wird nekrotisch.

  • Ökologischer Wandel: Initial gelangen fakultative Anaerobier in den Kanal und verbrauchen den Restsauerstoff. Sobald das System abgeschlossen ist, schaffen sie ein perfekt anaerobes Milieu.

  • Konsequenz: Nun können sich die obligaten Anaerobier massiv vermehren. Ihr Stoffwechsel produziert Gase und übelriechende Verbindungen (Schwefelwasserstoff), die für den Druckschmerz und den typischen Geruch eines eröffneten, nekrotischen Kanals verantwortlich sind.

  • Therapeutische Relevanz: Die Kenntnis, dass es sich um eine anaerobe Infektion handelt, leitet die Antibiotika-Wahl (falls indiziert). So ist z.B. Metronidazol ein Antibiotikum, das spezifisch gegen Anaerobier wirkt und daher in der Endodontie (in Kombination) eine wichtige Rolle spielt.

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