Besonderheiten des Aufbaus und des Bewegungsapparats
Spirochäten besitzen eine komplexe, mehrschichtige Organisation. Die Grundstruktur der Zelle umfasst einen protoplasmatischen Zylinder (Zytoplasma umgeben von der zytoplasmatischen Membran) und eine diesen bedeckende dünne äußere Membran.
Das Hauptmerkmal der Spirochäten ist ihr Bewegungsapparat. Im Gegensatz zu vielen anderen Bakterien ragen die Geißeln hier nicht nach außen. Sie liegen als periplasmatische Fibrillen vor, die im Inneren der Zellhülle (im periplasmatischen Raum zwischen dem Zylinder und der äußeren Membran) verborgen sind.
- Die Fibrillen bestehen aus dem kontraktilen Protein Flagellin und sind Analogons der Flagellen.
- Ein Ende der Fibrille ist fest am Pol des Zylinders verankert (Analogon des Blepharoplasten), während das andere frei bleibt.
- Die Fibrillen verlaufen einander entgegen, winden sich spiralförmig um den Zylinder und bilden die schraubenförmige Gestalt der Zelle — die primären Windungen.
- Die Gesamtzahl der Fibrillen ist ein strenges Artmerkmal (variiert von 2 bis über 100 Bündeln an beiden Enden).
Die Kontraktion der Fibrillen ermöglicht drei Bewegungsarten: Fortbewegung, Rotation um die eigene Achse und Flexionsbewegung. Bei der aktiven Krümmung des Körpers entstehen Schlaufen — sekundäre Windungen.
Vergleichende Charakterisierung pathogener Spirochäten
Unter den zahlreichen Spirochäten-Arten gibt es drei Genera, die beim Menschen schwere Erkrankungen verursachen. Sie unterscheiden sich deutlich in ihrer Morphologie (Form und Anzahl der Windungen).
- Genus Treponemen (Treponema)
Erscheinen als dünne, korkenzieherartig gewundene Fäden. Sie besitzen 8 bis 12 feine und gleichmäßige Windungen.
- T. pallidum — der Erreger der Syphilis.
- T. pertenue — der Erreger der Frambösie (Tropenkrankheit).
- Saprophytäre Arten: apathogen, kommen in Gewässern und in der Mundhöhle vor.
- Genus Borrelien (Borrelia)
Im Gegensatz zu Treponemen sind ihre Windungen gröber, aber weniger zahlreich (3 bis 8 pro Zelle).
- B. recurrentis — der Erreger des Rückfallfiebers.
- B. burgdorferi — der Erreger der Borreliose (Lyme-Krankheit).
- Genus Leptospiren (Leptospira)
Zeichnen sich durch dichte und flache Windungen aus, weshalb die Zelle an ein straff gedrehtes Seil erinnert. Die Enden der Leptospiren sind verdickt und hakenförmig gebogen. Durch die sekundären Windungen nimmt die gesamte Zelle die Form der lateinischen Buchstaben S oder C an.
- L. interrogans — der Erreger der Leptospirose. Die Infektion wird alimentär übertragen (durch kontaminiertes Wasser oder Nahrungsmittel) und klinisch durch Hämorrhagien und Ikterus manifestiert.
Physiologie und mikroskopische Methoden
Hinsichtlich ihrer Ernährungsweise sind Spirochäten chemoorganotroph (gewinnen Energie je nach Genus aus Kohlenhydraten, Aminosäuren oder Lipiden). Ihr Sauerstoffbedarf ist äußerst vielfältig: Unter den Spirochäten finden sich Aerobe, Mikroaerophile sowie fakultative und strenge Anaerobe.
Die Kultivierung pathogener Spirochäten ist erschwert. Sie wachsen langsam und stellen extrem hohe Ansprüche an Nährmedien (erfordern den Zusatz von Serum und Gewebeextrakten). Sie vermehren sich durch Querteilung, können jedoch bei Eintritt ungünstiger Bedingungen in einen persistierenden Zustand übergehen: L-Formen oder Zysten bilden oder in einzelne „Körnchen“ zerfallen.
Untersuchungsmethoden: Aufgrund ihrer minimalen Dicke (0,1–0,3 µm) weist der Nachweis von Spirochäten Besonderheiten auf.
- Nativpräparate (lebende Zellen) werden mittels Phasen kontrast- oder Dunkelfeldmikroskopie untersucht.
- Fixierte Präparate werden nach Romanowsky-Giemsa gefärbt oder es wird die Silberimprägniermethode angewendet.
Zum einfachen Merken der Form der drei pathogenen Genera: Treponemen — wie ein Präzisions-Korkenzieher (feine, dichte Windungen), Borrelien — Große und seltene Wellen, Leptospiren — Lateinische Buchstaben S und C (mit hakenförmigen Enden).
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Worin liegt der Hauptunterschied zwischen Spirochäten und anderen gewundenen Bakterien (Spirillen, Helicobacter)?
In der Anordnung der Flagellen. Bei Spirochäten befinden sich die Flagellen (periplasmatische Fibrillen) im Zellinneren — zwischen dem protoplasmatischen Zylinder und der äußeren Membran —, während sie bei anderen Bakterien wie den Proteobacteria in die Umgebung ragen.
Wie überleben Spirochäten unter ungünstigen Bedingungen?
Sie sind in der Lage, ihre Form zu verändern und in einen Persistenzzustand überzugehen: L-Formen (Zellen ohne Zellwand), Schutzzysten zu bilden oder in kleine Granula („Körnchen“) zu zerfallen.
Was ist der Unterschied zwischen primären und sekundären Windungen?
Primäre Windungen bestimmen die grundlegende schraubenförmige Gestalt des Bakteriens (sie entstehen durch die Windung der Fibrillen um den Zylinder). Sekundäre Windungen sind Krümmungen und Schlaufen der gesamten Zelle, die erst im Moment der aktiven Bewegung auftreten.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Detaillierte Mechanismen der Persistenz: Wie genau bilden sich L-Formen und Zysten?
- Energiestoffwechsel verschiedener Spirochäten-Genera
- Unterschiede zwischen der Romanowsky-Giemsa-Färbung und der Silberimprägnierung
- Symbiotische und kommensale Spirochäten-Arten des Menschen (Mundhöhlenflora)
- Pathogenese der Leptospirose: Warum entstehen Ikterus und Hämorrhagien?
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