Man sieht eine Illustration von Bifidobakterien.
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Bakterien: Morphologie und Klassifikation

Bakterien sind kleine, einzellige Lebewesen und zählen zu den Mikroorganismen. Ihre Größe liegt je nach Art zwischen 0,3 und 5 Mikrometer (µm). Im Vergleich zu Viren sind sie beinah riesig. Erfahren Sie mehr über Morphologie und Klassifikation von Bakterien.

Morphologie

Bakterien sind Einzeller, besitzen aber keinen echten Zellkern. Das Erbgut besteht bei Bakterien aus DNA, die sozusagen "nackt" in der Zelle vorliegt. Die DNA schwimmt jedoch nicht unorganisiert im Zellplasma (Zytoplasma) herum, sondern ist normalerweise an ein oder mehreren Stellen an der Zytoplasma-Membran der Zelle fixiert. Bei Bakterien spricht man deshalb auch von einem Kernäquivalent.

Wegen dieser besonderen Eigenschaft zählt man Bakterien zu den sogenannten Prokaryoten. Das Wort leitet sich von den griechischen Begriffen pro (= anstatt) und karyon (= Kern) ab und bedeutet demnach so viel wie Kernersatz.

Im Unterschied zu Bakterien liegt die DNA in pflanzlichen, tierischen und menschlichen Zellen geschützt in einem Zellkern. Man zählt diese deshalb zu den Eukaryoten (griech. eu = gut, karyon = Kern).

Je nachdem, welche Merkmale man betrachtet, lassen sich Bakterien in verschiedene Gruppen unterteilen. Solche Merkmale können zum Beispiel Form und Struktur sein, aber auch Färbungsverhalten, Übertragungswege oder die Fähigkeit zur Sporenbildung.

Lesetipp: Bakterien – Aufbau und Struktur

Bakterien: Morphologie

Bakterien lassen sich anhand ihrer Morphologie, also ihrer Form und Struktur, in drei Grundformen einteilen: Kokken, Stäbchen und schraubenförmige Bakterien.

Kokken

Bei Kokken handelt es sich um kugelig runde bis leicht ovale Bakterien. Ihr Durchmesser beträgt circa 1 Mikrometer (µm), das entspricht 0,001 Millimeter. Der Begriff Kokken stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie Kugeln oder Beeren.

Kokken treten entweder einzeln auf oder lagern sich zusammen als

  • brötchenähnliche Paare (Diplokokken),
  • Vierergruppen (Tetraden),
  • Achtergruppen (Sarcinen),
  • größere, traubenartige Haufen (z. B. bei Staphylokokken wie Staphylococcus aureus) oder
  • Ketten (z. B. bei Streptokokken wie Streptococcus pyogenes).

Stäbchen

Stäbchenförmige Bakterien können plump (kokkoid) oder schlank aussehen. Die Enden der Stäbchen sind entweder spitz, abgerundet oder beinah rechteckig. Beispiel für Stäbchen-Bakterien sind unter anderem die Arten Escherichia coli, Mycobacterium tuberculosis oder Bacillus anthracis.

Schraubenförmige Bakterien

Manche Bakterien sind schraubenförmig gewunden. Unter dem Lichtmikroskop lassen sich die Windungen zum Teil gut erkennen. Nach der Art ihrer Windungen unterscheidet man:

  • Spirillen: starre, schlanke Bakterien, deren Gestalt mehrere weite Windungen aufweist (z. B. Spirillum minus)
  • Borellien: sehr schlanke und flexible Bakterien, deren Gestalt mehrere weite Windungen aufweist (z. B. Borrelia burgdorferi)
  • Treponemen: extrem schlanke Bakterien mit vielen engen, korkenzieherartigen Windungen (z. B. Treponema pallidum pallidum)
  • Leptospiren: extrem schlanke, fadenartige Bakterien mit aktiv-flexibler, kleiderbügel- oder hakenähnlicher Gestalt und sowohl kleinen, kaum wahrnehmbaren als auch eher groben Windungen (z. B. Leptospira interrogans)

Gramfärbung

Außerdem lassen sich Bakterien durch Färbemethoden unterscheiden. So unterscheidet zum Beispiel die sogenannte Gramfärbung (benannt nach dem dänischen Forscher H. C. Gram), ob Bakterien

  • grampositiv oder
  • gramnegativ sind

und gibt damit Auskunft über die Zusammensetzung der Zellwand. Die Zellwand von Bakterien enthält als Baustein Peptidoglykan (Murein) in unterschiedlicher Dicke. Je nach Dicke der Peptidoglykanschicht kann die Zellwand den Farbstoff Gentianaviolett mehr oder weniger gut binden.

Bei grampositiven Bakterien ist die Peptidoglykanschicht dicker, sie färben sich dunkelviolett. Bei gramnegativen Bakterien ist die Peptidoglykanschicht dünner und die Färbung fällt heller, eher rötlich aus.

Mit der Gramfärbung erhält man also auf einfache Weise Informationen über den Aufbau der Zellwand. Das Wissen über den Aufbau der Zellwand hilft in der Medizin bei der Entscheidung, welche Antibiotika zum Einsatz kommen. Denn für grampositive Bakterien benötigt man andere Antibiotika als für gramnegative Bakterien.

Lesetipp: Aufbau der bakteriellen Zellwand

Übertragung

Bakterien können über Luft, Wasser, Boden und Körpersubstanzen wie Blut, Stuhl, Urin und andere Körpersekrete übertragen werden.

Sporen

Manche Bakterienarten (z. B. Bacillus anthracis oder Clostridium botulinum) können sogenannte Sporen bilden. Darunter versteht man sehr resistente Dauerformen, die auch widrigsten Umweltbedingungen zum Teil über Jahrzehnte trotzen können. Man sogar davon aus, dass Sporen sich bei starken Minustemperaturen unbegrenzt halten können – etwa in Flüssigstickstoff (ca. -200 °C).

Sind die Lebensumstände ungünstig (z. B. bei Nahrungsknappheit) wandeln sich einige Bakterienarten in Sporen um (sog. Sporenbildner) und erhöhen so ihre Überlebenschance auch bei extremen Umweltbedingungen. Bei Sporen findet kaum noch ein Stoffwechsel statt, alles ist auf das Notwendigste heruntergefahren und auch die Zellwand wird stärker. Auf diese Weise überstehen sporenbildende Bakterien zum Beispiel:

  • Trockenheit
  • Hitze (auch langes Kochen)
  • Chemikalien
  • Strahlung (UV-Strahlung allerdings nur bedingt)

Verbessern sich die Umweltbedingungen, können sich Sporen wieder in "aktive" Bakterien umwandeln und dann auch wieder vermehren.

Lesetipp: Leben auf Sparflammen – Sporenbildung als Schutz gegen ungünstige Umweltbedingungen

Bakterienklassifikation

Die Bakterienklassifikation ist ein Teil der systematischen Bakteriologie und auch für den medizinischen Alltag wichtig. Denn krankmachende Bakterien lassen sich so in Kategorien einordnen und leichter identifizieren. Das ermöglicht es, die Erreger mit der passenden Therapie zu bekämpfen.

Bei der Bakterienklassifikation geht es um die Frage, mit welchen Bakterien ein bestimmtes Bakterium verwandt ist. Dazu betrachtet man verschiedene Merkmale der Bakterien, wie zum Beispiel

  • das äußere Erscheinungsbild (Morphologie), also Form und Struktur der Bakterien.
  • die Physiologie der Bakterien, also etwa Stoffwechselprozesse der Bakterien.
  • biochemische Eigenschaften.
  • das Ergebnis bei bestimmten Färbemethoden, wie etwa der sog. Gramfärbung.
  • welche Antigene sie besitzen.
  • wie ähnlich sich das Erbmaterial der Bakterien ist.

Abhängig von neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen kann sich die Zuordnung Bakteriums hin und wieder auch ändern.

Die Zuordnung der Bakterien erfolgt dabei nach einem hierarchischen System, deren oberste Einstufung die Domäne und die unterste die Art ist: Domäne → Abteilung (Division) → Klasse → Ordnung → Familie → Gattung (Genus) → Art (Spezies).

Die Bakterienart Helicobacter pylori wird zum Beispiel folgendermaßen in der Bakterienklassifikation eingeordnet:

  • Domäne: Prokaryoten
    • Abteilung: Proteobacteria
      • Klasse: Epsilonproteobacteria
        • Ordnung: Campylobacterales

Hier ein Beispiel für die die Klassifikation einiger medizinisch relevanter Bakteriengattungen anhand ihrer morphologischen und biologischen Eigenschaften:

Tabelle: Bakterien mit dünner Zellwand, meist gramnegativ

Morphologie,
Physiologie
Ordnung Familie Gattung
spiralige
Bakterien
Spirochaetales Spirochaetaceae Treponema
Spirochaeta
spiralige
Bakterien
Spirochaetales Leptospiraceae Leptospira
Borrelia
spiralige
Bakterien
Campylobacterales Campylobacteriaceae Campylobacter
Arcobacter
spiralige
Bakterien
Campylobacterales Spirillaceae Spirillum
spiralige
Bakterien
Campylobacterales Helicobacteraceae Helicobacter
aerobe Stäbchen
und Kokken
Pseudomonales Pseudomonadaceae Pseudomonas
aerobe Stäbchen
und Kokken
Pseudomonales Moraxellaceae Moraxella
Acinetobacter
aerobe Stäbchen
und Kokken
Legionellales Coxiellaceae Coxiella
aerobe Stäbchen
und Kokken
Legionellales Legionellaceae Legionella
aerobe Stäbchen
und Kokken
Neisseriales Neisseriaceae Neisseria
Chromobacterium
Eikenella
Kingella
aerobe Stäbchen
und Kokken
Flavobacteriales Flavobacteriaceae Flavobacterium
Capnocytophaga
Chryseobacterium
aerobe Stäbchen
und Kokken
Burkholderiales Alcaligenaceae Alcaligenes
Achromobacter
Bordetella
aerobe Stäbchen
und Kokken
Burkholderiales Burkholderiaceae Burkholderia
Pandoraea
Ralstonia
aerobe Stäbchen
und Kokken
Burkholderiales Comamonadaceae Comamonas
aerobe Stäbchen
und Kokken
Thiotrichales Francisellaceae Francisella
aerobe Stäbchen
und Kokken
Xanthomonadales Xanthomonadaceae Xanthomonas
Stenotrophomonas
aerobe Stäbchen
und Kokken
Cardiobacteriales Cardiobacteriaceae Cardiobacterium
fakultativ aerobe
Stäbchen
Enterobacteriales Enterobacteriaceae Cedecea
Citrobacter
Ewardsiella
Enterobacter
Ewingella
Erwinia
Escherichia
Hafnia
Klebsiella
Kluyvera
Morganella
Pantoea
Plesiomonas
Proteus
Providencia
Rahnella
Salmonella
Serratia
Shigella
Tatumella
Yersinia
fakultativ aerobe
Stäbchen
Vibrionales Vibrionaceae Vibrio
fakultativ aerobe
Stäbchen
Aeromonadales Aeromonaceae Aeromonas
fakultativ aerobe
Stäbchen
Pasteurellales Pasteurellaceae Actinobacillus
Haemophilus
Pasteurella
anaerobe Stäbchen Bacteroidales Bacteroidaceae Bacteroides
anaerobe Stäbchen Bacteroidales Porphyromonadaceae Porphyromonas
anaerobe Stäbchen Fusobacteriales Fusobacteriaceae Fusobacterium
Leptotrichia
Streptobacillus
anaerobe Kokken Selenomonadales Veillonellaceae Veillonella
anaerobe Kokken Clostridiales Peptococcaceae Peptococcus
Peptostreptococcus
anaerobe Kokken Rickettsiales Rickettsiaceae Rickettsia
Orienta
anaerobe Kokken Rickettsiales Anaplasmataceae Anaplasma
Ehrlichia
Wolbachia
anaerobe Kokken Rhizobiales Bartonellaceae Bartonella
anaerobe Kokken Rhizobiales Brucellaceae Brucella
anaerobe Kokken Chlamydiales Chlamydiaceae Chlamydia
Chlamydophila
anaerobe Kokken Chlamydiales Simkaniaceae Simkania
anaerobe Kokken Chlamydiales Waddliaceae Waddlia
anaerobe Kokken Sphingomonadales Sphingomonadaceae Sphingomonas

Tabelle: Bakterien mit fester Zellwand, meist grampositiv

Morphologie / Physiologie Ordnung Familie Gattung
aerobe und fakultativ anaerobe Kokken Bacillales Staphylococcaceae Staphylococcus
Gemella
aerobe und fakultativ anaerobe Kokken Actinomycetales Micrococcaceae Micrococcus
Rothia
aerobe und fakultativ anaerobe Kokken Lactobacillales Streptococcaceae Streptococcus
Lactococcus
aerobe und fakultativ anaerobe Kokken Lactobacillales Enterococcaceae Enterococcus
aerobe und fakultativ anaerobe Kokken Lactobacillales Leuconostocaceae Leuconostoc
bilden Endosporen Bacillales Bacillaceae Bacillus
bilden Endosporen Clostridiales Clostridiaceae Clostridium
anaerobe und fakultativ anaerobe Stäbchen Bacillales Listeriaceae Listeria
anaerobe und fakultativ anaerobe Stäbchen Lactobacillales Lactobacillaceae Lactobacillus
Pediococcus
anaerobe und fakultativ anaerobe Stäbchen Erysipelotrichales Erysipelotrichaceae Erysipelothrix
unregelmäßig geformte Stäbchen Actinomycetales Corynebacteriaceae Corynebacterium
unregelmäßig geformte Stäbchen Actinomycetales Propionibacteriaceae Propionibacterium
unregelmäßig geformte Stäbchen Clostridiales Eubacteriaceae Eubacterium
verzweigende und fadenbildende Bakterien Actinomycetales Actinomycetaceae Actinomyces
verzweigende und fadenbildende Bakterien Actinomycetales Cellulomonadaceae Tropheryma
verzweigende und fadenbildende Bakterien Actinomycetales Streptomycetaceae Streptomyces
Morphologie unterschiedlich Bifidobacteriales Bifidobacteriaceae Bifidobacterium
Gardnerella
Morphologie unterschiedlich Actinomycetales Nocardiaceae Nocardia
Rhodococcus
Morphologie unterschiedlich Actinomycetales Mycobacteriaceae Mycobacterium

Tabelle: Bakterien ohne feste Zellwand

Ordnung Familie Gattung
Mycoplasmatales Mycoplasmataceae Mycoplasma
Ureaplasma
Bakterien mit defekter Zellwand
Entwicklungsgeschichtlich alte Bakterien ohne Murein in der Zellwand (Archaebacteria), meist anaerob;
leben vor allem in extremen Umgebungen (z. B. stark salzhaltige oder sehr heiße Umwelt)