Spirochäten

Spirochäten sind eine Gruppe gram-negativer, schraubenförmiger, sich aktiv bewegender Bakterien, die sich durch einen charakteristischen Bewegungsapparat auszeichnen (siehe unten). Als Krankheitserreger verursachen einige die sogenannten Spirochätosen.

Eigenschaften

Im Gegensatz zu den ebenfalls wendelförmigen (schraubenförmigen) Spirillen haben Spirochäten keine starre, durch die Zellwand vorgegebene Gestalt, sondern flexible und biegsame Körper. Sie besitzen nicht wie andere begeißelte Bakterien nach außen ragende Geißeln (Flagellen), sondern sogenannte Endoflagellen (siehe unten). Spirochäten zeichnen sich ferner durch ihren im Verhältnis zur Länge sehr geringen Durchmesser aus. Die sehr charakteristische Gestalt der Spirochäten korrespondiert mit einem vergleichsweise homogenen Genom bei allen Mitgliedern dieser Gruppe. Spirochäten bilden keine Sporen.

Als Besonderheit besitzen sie Tubulin-ähnliche Proteine, die einen Ursprung dieser fast nur in Eukaryoten vorkommenden Strukturen in prokaryotischen Bakterien vermuten lässt.

Zellstruktur und Bewegungsweisen

Spirochäten unterscheiden sich durch einen besonderen Aufbau und eine besondere Bewegungsweise von anderen Bakterien (Bild 2). Sie besitzen einen flexiblen, langgestreckten Körper im Gegensatz zu den meisten anderen Bakterien, die eine elastische, durch ihre Zellwand vorbestimmte Form haben. Sie besitzen an jedem Ende ein bis mehrere Flagellen (im Bild rot). Die Flagellen sind nicht wie bei anderen Bakterien vom Körper abgewandt, sondern einander zugewandt, die Flagellen jedes Zellendes überlappen sich im mittleren Bereich und bilden zusammen ein von einem Zellende zum anderen reichendes Bündel, das sogenannte Axialfilament. Um dieses Bündel ist der flexible Spirochätenkörper (ungenau auch als „Protoplasmazylinder“ bezeichnet) wendelförmig gewunden. Das Ganze, der Körper und das Flagellenbündel, sind von einer Hülle umgeben (im Bild blau). Die Flagellen werden deshalb auch als Endoflagellen bezeichnet.

Bild 2: Schematische Darstellung einer Spirochäte

Man nimmt an, dass sich die Spirochäten bewegen, indem die Flagellen wie bei anderen begeißelten Bakterien mittels ihres Basalapparats um ihre Achse gedreht werden. In Folge dessen kommt es mittels Friktion zu einer Rotation des gesamten Körpers, der sich dadurch gewissermaßen durch das umgebende Medium schraubt, so wie ein Korkenzieher durch einen Korken. Diese Bewegungsweise erlaubt den Spirochäten, sich durch hoch viskose Medien zu bewegen, in denen sich andere begeißelte Bakterien, bei denen ihre wendelförmigen, in das Medium ragenden Flagellen wie Propeller funktionieren, nicht fortbewegen können. Spirochaeten können so zum Beispiel durch Schleime und Zellgewebe in den Körper eines Lebewesens eindringen, was für die pathogenen Vertreter von Bedeutung ist. Allerdings können sie sich in normal viskösen Medien nicht so schnell fortbewegen wie andere Bakterien. Es gibt Spirochäten mit je einer Endoflagelle an jedem Zellende und solche mit jeweils über 50 Endoflagellen.
Neben der beschriebenen Bewegungsweise, dem Schrauben durch das Medium, können sie sich auch durch Schlängeln fortbewegen. Man kann vermuten, dass dieses Schlängeln dadurch zustande kommt, dass sich die Endoflagellen im Bündel gegeneinander längs verschieben, jedoch ist der Mechanismus dieser Bewegungsweise noch weitgehend ungeklärt. Die Enden einiger Spirochäten sind hakenförmig gekrümmt. Ob dies der Bewegung dient, etwa wie ein Propeller, ist nicht sicher geklärt.

Es gibt jedoch auch kokkoide (kugelförmige) Spirochäten, die nur mittels Phylogenie den Spirochäten zugeordnet werden können.^[1]

Vorkommen

In Bezug auf die physiologischen Eigenschaften und das Habitat ist die Gruppe dieser Mikroorganismen sehr heterogen. Manche der Bakterienarten sind strikt aerob, andere strikt anaerob. Sie kommen sowohl in Böden, Gewässern und Gewässerschlamm wie auch als unschädliche Kommensalen oder Parasiten im Darm von Mollusken und Insekten sowie im Magen-Darm-Trakt und Rachenraum von Säugetieren vor. Bei Säugetieren können sie auch als Nierenparasiten auftreten.

Ein Video des Wasserwirtschaftamts Freising zeigt die charakteristische Bewegungsart der Spirochäten.

Systematik

Die Spirochäten stehen isoliert im Stammbaum der Bakterien. Dies wird durch ihre ungewöhnliche Zellstruktur bestätigt. Die Spirochaetes bilden ein eigenes Phylum (einen Stamm), mit nur einer Klasse Spirochaetes und einer Ordnung Spirochaetales. Diese Ordnung besteht aus vier Familien (einige Gattungen dargestellt):

• „Brachyspiraceae“
  • Brachyspira
• „Brevinemataceae“
  • Brevinema
• Leptospiraceae
  • Leptospira
  • Turneriella
  • Leptonema
• Spirochaetaceae
  • Borrelia
  • Spirochaeta
  • Treponema

Für den Menschen gefährliche Arten

Obwohl die meisten Spirochätenarten für den Menschen ungefährlich sind, gibt es einige Vertreter, die als gefährliche Krankheitserreger gelten. So ist Treponema pallidum der Erreger der Syphilis und Treponema pertenue der Erreger der Framboesie. Auch unter den Borrelien finden sich pathogene Stämme: Läuserückfallfieber wird durch Borrelia recurrentis, das Zeckenrückfallfieber durch Borrelia duttoni und andere und die Lyme-Borreliose (Zeckenborreliose) durch Borrelia burgdorferi hervorgerufen. Die Leptospiren verursachen verschiedene Leptospirosen, die Erreger werden meist von Haustieren oder Ratten übertragen.

Die Übertragung der Spirochäten auf den Menschen kann durch Läsionen der Haut oder Schleimhaut (zum Beispiel durch sexuellen Kontakt) oder durch Bisse von Zecken und Läusen erfolgen.

Weblinks

Commons: Spirochäten (Spirochaetes) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Informationen über Spirochäten aus einem Mikrobiologie-Skript der LMU München
• http://www.vetmed.unibe.ch/vbi/downloads/Kompend14%20Spirochaeten%2021-4-02.pdf

Einzelnachweise