Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie

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Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie Die Sache mit dem Schwanenhals Im Falle der Urzeugung von Mikroorganismen dauerte der nächste vernünftige Ansatz aber bis zur Mitte des nächsten, des neunzehnten Jahrhunderts. Den damit verknüpften Namen kennen Sie alle: Louis Pasteur (1822−1895), der eigentlich kein Biologe sondern Chemiker war. Pasteur hatte damals im Gegensatz zu dem deutschen Chemiker Justus Liebig klar zeigen können, daß die alkoholische Gärung von der Beteiligung von Hefen abhängig war, während Liebig alle Gärungen noch als rein chemische Reaktionen ansah. Auf dieser Basis war Pasteur dann auch in der Lage, die Urzeugungstheorie endgültig zu widerlegen. Im Grunde brauchte er ja auch nur Spallanzani's 100 Jahre alte Experimente zu wiederholen, aber eben so, daß der Luftsauerstoff ungehinderten Zugang zu dem sterilisierten organischen Material hatte. Die Lösung lag im für Gase offenen, aber für Partikel der Luft geschlossenen Schwanenhals−Kolben. Im Hinblick auf Ihre eigene wissenschaftliche Entwicklung sollten Sie sich an dieser Stelle fragen, warum Pasteur sich eigentlich die Mühe machte, die Urzeugungstheorie experimentell zu widerlegen. Er selbst und viele andere brauchten das in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts eigentlich nicht mehr. Es ist aber in den Wissenschaften enorm wichtig, nicht widerlegbare Klarheit zu schaffen. Das ist langfristig die beste und wahrscheinlich einzige Möglichkeit, unerfreuliche und unnötige, vom Aberglauben durchsetzte Hypothesen immer wieder auf den Tisch zu bekommen. Das ist auch heute noch so. Ich möchte Ihnen den dringenden Rat geben, bei wichtigen Behauptungen −egal in welchem Bereich− die zugrundeliegenden Fakten zu prüfen. Machen Sie Ihre wissenschaftlichen Überzeugungen nicht zu einer Frage von Glauben oder Nicht−Glauben! Prüfen Sie bitte die Daten! Ganz wichtig wird das, wenn biologische Argumente in der Politik gebraucht werden. Folgen Sie nicht blindlings den vorgebrachten, scheinbar plausiblen Argumenten. Prüfen Sie die Daten! Meist bleibt dann von wissenschaftlich verbrämten Schwachsinn nicht viel übrig. Beispiele gibt es viele; wir brauchen sie nicht zu vertiefen. Denken Sie vielleicht an die Rassenlehre des Dritten Reichs mit ihren unmenschlichen Konsequenzen, oder an Lyssenko's Auffassungen von Vererbung in der Stalin−Ära, oder auch an die wissenschaftlich verzierten Heilslehren mancher Sekten. Robert Koch und die Infektionsbiologie Eine andere brennende Frage im 19. Jahrhundert war die Entstehung von Krankheiten. Auch in dieser Hinsicht gab es überraschend moderne Ansichten. Es gab durchaus vereinzelt Leute, die Mikroorganismen als Krankheitserreger ansahen. Aber mit den vorhandenen Techniken ließ sich das nicht beweisen. Solange die Urzeugungstheorie nicht widerlegt war, hatte eine wissenschaftliche medizinische Mikrobiologie ohnehin keine Chance. Schließlich würden ja Krankheitserreger dann spontan und unvorhersehbar zufällig in Patienten auftreten. Reproduzierbare Experimente mit Krankheitserregern wären dann unmöglich. Sie sehen wieder, wie wichtig Theorien sind! Der führende Mann in der medizinischen Mikrobiologie des 19. Jahrhunderts war sicherlich Robert Koch (1843−1910). Koch war eigentlich Landarzt, der aber dieser Tätigkeit zum Leidwesen seiner Familie nichts abgewinnen konnte. Ruhelos verlegte er seinen Wohnsitz von einem tödlich langweiligen Dorf ins andere, bis er zuletzt in Wollstein in Posen dann doch seßhaft wurde. Er kaufte sich ein Mikroskop und widmete jede freie Minute und die halbe Nacht der mikrobiologischen Forschung. Insbesondere interessierte er sich für den Milzbrand. Sie kennen diese Krankheit. Sie befällt Weidetiere, Schafe und Kühe und kann auch auf den Menschen übertragen werden. Insbesonders Leute, die Kühe melken, sind in hohem Maße gefährdet. Die befallenen Tiere sterben sehr schnell, sie ist hochgradig ansteckend und kann riesige Herden in kurzer Zeit vernichten. Und schlimmer: Weiden, auf den Milzbrand−kranke Tiere waren, waren auch für lange Zeit danach nicht sicher. Immer wieder tritt die Krankheit auf. Im Blut kranker Tiere fand Koch schließlich stäbchenförmige Bakterien. Aber waren diese auch die Ursache der Krankheit? Koch's geniale Idee war, die Krankheit nicht an teuren und unpraktischen Kühen oder Schafen zu studieren, sondern ein Mäusemodell zu benutzen. Also wurde Blut von einem infizierten Schaf in Mäuse injiziert, die dann auch zuverlässig erkrankten und starben. Das Blut erkrankter Mäuse konnte dann wieder für die Infektion gesunder Tiere verwendet werden, und in jedem Fall fand Koch wieder die Bakterien im Blut und in der Milz. Was zunächst nicht gelang, war die Kultur dieser Bakterien in künstlichen Nährlösungen. Gerade bei pathogenen Bakterien Die Sache mit dem Schwanenhals 4
Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie finden Sie oft, daß die Anforderungen an das Medium so hoch sind, daß die Vermehrung nur im Wirtsorganismus möglich ist. Auch für dieses Problem fand Koch eine Lösung. Er verwendete die Flüssigkeit aus dem Auge von Kühen. In diesem Medium wuchsen die Bakterien zu hohen Zelldichten heran und bildeten schließlich hochgradig lichtbrechende Sporen (Endosporen). Auch diese Sporen konnten wieder als Inoculum zur Infektion neuer Tiere oder neuer Nährlösung verwendet werden. Damit war dann klar, daß diese Bakterien, die wir heute Bacillus anthracis nennen, weil sie Anthrax −also Milzbrand− hervorrufen, tatsächlich die Ursache der Erkrankung sind. Koch publizierte diese Ergebnisse 1877 und formulierte die sogenannten Koch'schen Postulate, die alle erfüllt sein müssen, wenn ein Mikroorganismus beweiskräftig als Krankheitsursache angesehen werden soll. 1. Der Mikroorganismus muß in allen befallenen Wirten nachweisbar sein. 2. Der Mikroorganismus muß isoliert und in Reinkultur genommen werden. 3. Der in Kultur vermehrte Mikroorganismus muß wieder die Krankheit hervorrufen, wenn er zum Beimpfen eines gesunden Tieres verwendet wird. 4. Im experimentell infizierten Tier muß derselbe Mikroorganismus wieder nachweisbar sein. Diese Arbeiten haben Koch weithin berühmt gemacht, und 1880 schließlich berief man ihn in das damalige Reichsgesundheitsamt. Zum erstenmal verfügte Koch über ein richtiges Laboratorium und einige Assistenten. Endlich hatte er auch ein Gehalt, das es ihm ermöglichte, die ungeliebte Arzt−Tätigkeit aufzugeben und täglich 16−18 Stunden als Naturforscher zu arbeiten. Aus diesem Labor sind bahnbrechende Erkenntnisse hervorgegangen, die wir hier nicht alle nachvollziehen wollen. Einen außerordentlich wichtigen technischen Fortschritt will ich Ihnen aber nicht vorenthalten. Gemäß dem zweiten Koch'schen Postulat müssen Mikroorganismen in Reinkultur genommen werden. Das ist oft nicht einfach, besonders wenn sie in einem Tropfen Nährlösung verschiedene Arten von Bakterien haben. Das ist der Normalfall. Ideal wäre es, wenn man auf festen Nährböden arbeiten könnte, auf denen sich die Bakterien nicht wieder vermischen können sondern zu isolierten Kolonien heranwachsen. Koch benutzte dazu zunächst angeschnittene frische Kartoffeln, dann Gelatine. Kartoffeln funktionierten nicht immer. Gelatine hatte gleich zwei entscheidende Nachteile. Zum einen gibt es viele Organismen, die die Gelatine als Nahrungsquelle benutzen und sie verflüssigen, zum anderen kann man sie nicht bei Temperaturen oberhalb von 30°C benutzen, weil sie dann auch ohne Mikroorganismen flüssig wird. Sie kennen das vom Wackelpudding her! Zum Glück hatte Koch einen Assistenten mit einer genialen Ehefrau. Lina Hesse benutzte 1881 erstmals die Substanz, die wir auch heute noch in der Mikrobiologie verwenden: Agar−Agar. Agar wird aus Rotalgen der tropischen Meere gewonnen, löst sich beim Kochen in Wasser auf und geliert beim Abkühlen auf unter 44°C. Selbst beim erneuten Erwärmen auf 70°C wird Agar noch nicht wieder flüssig. Auch Bakterien sind nur selten in der Lage, die Polysaccharide des Agars zu verdauen. Und wie kam Frau Hesse auf diese wunderbare Idee? Ganz klar, weil die Holländer den Agar aus der chinesischen Küche mit nach Europa gebracht hatten. Agar dient in China zum Andicken von Suppen, und Lina hatte ihn erfolgreich zum Verfestigen von Gelee verwendet. Von da bis zu seiner Anwendung in den Petrischalen war es dann nicht mehr weit. Die Petrischale selbst kommt übrigens auch aus Koch's Umgebung und ist die Erfindung von Richard Petri. Die Ursache von Krankheiten zu kennen, reicht natürlich nicht aus, um sie auch zu bekämpfen. Sehr wichtig ist es, ihre Ausbreitung zu unterbrechen. So wußte man schon im vorigen Jahrhundert, daß die Cholera durch verunreinigtes Wasser weitergegeben wird, das mit menschlichen Exkrementen verseucht ist. Choleraepidemien kann man also eindämmen, indem man die Verwendung solchen Wassers verhindert. Damit wird aber dem schon befallenen Individuum nicht geholfen. Ein anderer Weg besteht in der Impfung. Dazu wird der Mensch −möglichst bevor er die Krankheit schon hat− mit abgetöteten Erregern immunisiert. Bei den bakteriellen Krankheiten waren Tetanus und Diphtherie die ersten Krankheiten, die wenigstens einigermaßen erfolgreich kontrolliert werden konnten. Die Koch'schen Postulate versagen bei Virus−Krankheiten Eine bestimmte Gruppe von Krankheiten widerstand allen Versuchen, auf der Basis der Koch'schen Postulate erforschbar zu werden. Die Krankheiten waren zwar Infektionskrankheiten. Man fand aber mikroskopisch Die Koch'schen Postulate versagen bei Virus−Krankheiten 5
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