Der Stammbaum der Bakterien

LUCA, unser gemeinsamer Vorfahre

Alles Leben auf der Erde kann in drei Domänen (das höchste biologische Taxon) eingeteilt werden: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten. Alle drei Domänen teilen den gleichen universellen Vorfahren LUCA, den „Last Universal Common Ancestor“.

Archaea

Archaeen sind eine sehr alte Domäne - von außen sehr ähnlich zu Bakterien, aber mit sehr unterschiedlichen Genen und einer besonderen Biochemie. Derzeit sind 26 Evolutionsgruppen (phyla) bekannt. Sie kommen vor allem in extremen Ökosystemen wie heißen Quellen oder Salzseen vor, finden sich aber wahrscheinlich auch in ökologischen Nischen wie dem Darm oder dem Nabel.

Eukaryoten

Eukaryoten, mit einem Zellkern und Zellorganellen, sind die jüngste Domäne. Sie sind der Baustein für das komplexe, vielzellige Leben, das vor 600 Millionen Jahren entstand. So gehören einige Eukaryoten auch zu den Mikroben, wie zum Beispiel Schimmelpilze oder Algen. Eukaryoten sind in 5 Evolutionsgruppen (Phyla) eingeteilt.

Bakterien

Die Bakterien Domäne ist mit derzeit 92 Phyla die größte aller drei Domänen.

Baum des Lebens

Illustration: Hug et al., A new view of the tree of life, 2016

Diese große bakterielle Vielfalt lässt sich wie folgt darstellen: Wenn ein Stammbaum erstellt wird, der alles Leben auf der Erde darstellt, ruht LUCA in der Mitte eines Stammes mit weit reichenden Ästen. Wenn Menschen am Ende einer Verzweigung in der 5-Uhr-Position säßen, wo würden Sie das bekannte Kräuter Basilikum erwarten? Nun, es ist direkt neben uns, auf einem Ast um 5.01 Uhr! Wenn also Kräuter und Menschen im phylogenetischen Stammbaum so nah beieinander sind, was sitzt sonst noch im Rest des Baumes? Es sind die Bakterien! Sie besetzen rund 80% des Baumes! Wenn zum Beispiel das bekannte Bakterium E. coli bei 6 Uhr auf einem Ast sitzen würde, würde Lactococcus lactis bei 12 Uhr sitzen!

Klassifizierung von Bakterien

Zelle Bakterien

 

Bakterien können nach beobachtbaren Merkmalen klassifiziert werden, dem sogenannten Phänotyp ...

Zuallererst ist die Gram-Färbung das wichtigste Klassifizierungswerkzeug der Mikrobiologie. Diese Färbung unterscheidet zwei verschiedene Zellhüllentypen: die Hülle, die mit der Gram-Methode gefärbt werden kann, und die, die das nicht kann. Es gibt Bakterien mit einer starren, dicken Zellwand und einem höheren inneren Druck – gram-positive Bakterien. Gram-negative Bakterien haben eine dünnere Zellwand, aber eine zusätzliche schützende äußere Membran. Die letztere Gruppe konnte nicht durch den Farbstoff markiert werden, daher nennen wir sie jetzt Gram-negativ, weil sie nicht auf die von Dr. Christian Gram erfundene Markierungsmethode reagieren.

Bakterien können auch durch ihre Koloniemorphologie klassifiziert werden.

Wenn Bakterien in einer Umgebung wachsen, die sie mit allen benötigten Nährstoffen und der richtigen Temperatur versorgt, kann ein einzelnes Bakterium Kolonien bilden, welche Konglomerate von Millionen von Klonen dieses Bakteriums sind, die man mit bloßem Auge sehen kann. Diese Kolonien sehen unterschiedlich aus: Sie können schleimig, trocken, faltig sein, Türme bilden und verschiedene Farben haben, die für ein bestimmtes Bakterium charakteristisch sind.

Sie können nach ihrer Art sich zu bewegen klassifiziert werden – wenn sie sich überhaupt bewegen. Sie können schwimmen, kriechen, krabbeln, schwirren oder sich mit Gasbläschen bewegen.

Indem man Bakterien mit speziellen Zusätzen füttert oder sie bei einer speziellen Temperatur oder einem pH-Wert züchtet, kann man sie durch ihre Physiologie unterscheiden. Entweder sie wachsen auf einem speziellen Nährboden oder sie setzen Enzyme frei, die einen Farbwechsel spezieller chemischer Komponenten bewirken ...

… aber seit kurzem werden sie häufiger (und genauer) nach ihrem Genotyp klassifiziert.

Hier ist nur ein kurzer detaillierter Einblick in einen Auszug einiger wichtiger evolutionärer Bakteriengruppen (phyla), um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sie klassifiziert sind und welche Beziehungen zwischen Bakterien bestehen. Die höchste Ordnung ist die Domäne - hier Bakterien - und die nachfolgende Ordnung ist die Abteilung:

Phylum Firmicutes (Gram-positive):

Klasse: Bacilli oder Firmibacteria

Ordnung: Bacillales

  • Familie: Bacillaceae
    Bacillus (Kommensale des Darms und der Umwelt)
  • Familie: Listeriaceae
    Listeria (Verursacher der Listeriose)
  • Familie: Staphylococcaceae
    Staphylococcus (Mitverursacher der atopischen Dermatitis und MRSA)

Ordnung: Lactobacillales

  • Familie: Enterococcacae
    Enterococcus (Kommensale des Darms)
  • Familie: Lactobacillaceae
    Lactobacillus (Kommensale des Darms und der Vagina)
  • Familie: Streptococcaceae
    Streptococcus (Kommensale des Mundes)

Klasse: Clostridia

Ordnung: Clostridiales

  • Familie: Clostridiaceae
    Clostridium (Kommensale des Darms und Verursacher von Lebensmittelvergiftungen)
Phylum Actinobacteria (Gram positive):

Klasse: Actinobacteria

Ordnung: Actinomycetales

Unterordnung: Corynebacterineae

  • Familie: Corynebacteriaceae
    Corynebacterium (Kommensale der Haut)
  • Familie: Mycobacteriaceae
    Mycobacterium (Verursacher von Tuberkulose)

Unterordnung: Propionibacterineae

  • Familie: Propionibacteriaceae
    Propionibacterium (Kommensale der Haut, Mitverursacher von Akne)

Ordnung: Bifidobacteriales

  • Familie: Bifidobacteriaceae
    Bifidobacterium (Kommensale des Darms)
Phylum Bacteroidetes (Gram-negative):

Klasse: Bacteroida

Ordnung: Bacteroidales

  • Familie: Bacteroidaceae
    Bacteroides (Kommensale des Darms)
  • Familie: Prevotellaceae
    Prevotella (Kommensale des gastrointestinalen Trakts)

Klasse: Flavobacteria

Ordnung: Flavobacteriales

  • Familie: Flavobacteriaceae
    Flavobacterium (Umweltbakterien)
Proteobacteria (Gram-negative):

Klasse: Alphaproteobacteria

Ordnung: Rhizobiales

  • Familie: Rhizobiaceae
    Rhizobacterium (Stickstoff-fixierender Symbiont an den Wurzeln von Pflanzen)

Klasse: Betaproteobacteria

Ordnung: Neisseriales

  • Familie: Neisseriaceae
    Neisseria (Verursacher von Gonorrhoe)

Klasse: Epsilonproteobacteria

Ordnung: Campylobacterales

  • Familie: Campylobacteriaceae
    Campylobacter (Mitverursacher von Lebensmittelvergiftungen)
  • Familie: Helicobacteraceae
    Helicobacter (Kommensale des Magens)

Klasse: Gammaproteobacteria

Ordnung: Enterobacteriales

  • Familie: Enterobacteriaceae
  • Enterobacter (Kommensale des Darms)
  • Escherichia (Kommensale des Darms)
  • Klebsiella (gefährlicher Krankenhauskeim)
  • Salmonella (Mitverursacher von Lebensmittelvergiftungen)
  • Shigella (Mitverursacher von Dysenterie)

Ordnung: Vibrionales

  • Familie: Vibrionaceae
    Vibrio (Verursacher von Cholera)

Ordnung: Legionellales

  • Familie: Legionellaceae
    Legionella (Verursacher der Legionärskrankheit; Vorkommen in Warm-Wasser-Leitungen)

Ordnung: Pseudomonales

  • Familie: Moraxellaceae
    Acinetobacter (Gefährlicher Krankenhauskeim)
  • Familie: Pseudomonadaceae
    Pseudomonas (Verursacher von Lungenentzündungen, erhöhtes Vorkommen bei CF-Patienten)
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