Geißeln und Pili von Bakterien

Aufbau und Funktionsweise der Flagellen

Flagellen nehmen ihren Ursprung an der zytoplasmatischen Membran und bestehen aus drei Hauptabschnitten:

1. Basalkörper — ein in die Zellhülle eingebauter Anker. Umfasst einen zentralen Stab und ein System fixierender Ringe. Grampositive Bakterien besitzen ein Ringpaar, gramnegative zwei Ringe.
2. Haken — ein flexibles Bindeglied.
3. Spiralartiger Faden (Filament) — der äußere, längste Teil, der aus spiralig gewundenen Molekülen des Proteins Flagellin gebildet wird.

Die Bewegung des Flagellums ähnelt der Funktionsweise eines Elektromotors. Als Rotor dient der Stab des Basalkörpers, der das äußere Filament antreibt. Die Energie dafür stammt nicht aus der ATP-Spaltung, sondern aus der protonengetriebenen Kraft (Protonenmotivkraft), die unter Beteiligung der Protonen-ATP-Synthase an der Membran erzeugt wird. Bei der Fortbewegung können sich mehrere Flagellen zu einem einheitlichen Bündel zusammenschließen und synchron wie ein Propeller rotieren.

Klassifikation von Bakterien nach Begeißelungstyp

Je nach Anzahl und Anordnung der Flagellen auf der Oberfläche werden motile Bakterien in vier Gruppen unterteilt:

• Monotriche — besitzen nur ein einziges polares Flagellum (z. B. Vibrio cholerae).
• Lophotriche — verfügen über ein Flagellenbündel, das an einem der Zellpole angeordnet ist.
• Amphitriche — besitzen an beiden Enden des Bakteriums jeweils ein Flagellum oder ein ganzes Bündel.
• Peritriche — die Flagellen sind über die gesamte Oberfläche der mikrobiellen Zelle verteilt (typisch für Escherichia coli, Proteus).

Pili: Varianten und Funktionen

Pili (Pili, Fimbrien) sind fadenförmige Proteinstrukturen, die dünner und kürzer als Flagellen sind. Sie bestehen aus dem Protein Pilin und erfüllen diverse Aufgaben.

Nach Funktionen unterscheidet man:

• Adhäsionspili — gewährleisten die Anheftung des Bakteriums an die Wirtszelle und stellen einen entscheidenden Pathogenitätsfaktor dar (z. B. starre Pili vom Typ I).
• Metabolische Pili — sind am Austausch von Wasser und Nährstoffen beteiligt.
• Geschlechtspili (F-Pili) — sind für die Konjugation (DNA-Übertragung) erforderlich. Sie kommen in geringer Anzahl vor (1–3 pro Zelle), werden nur von Donorzellen gebildet, die spezielle Plasmide enthalten, und können als Rezeptoren für bestimmte Bakteriophagen dienen.

Zudem gibt es spezifische Typen: Typ-IV-Pili (ermöglichen eine kriechende beziehungsweise zuckende Fortbewegung, das sogenannte „twitching motility“) und Curli-Fibrillen (sehr dünne Fäden zur Bildung von Biofilmen und mikrobiellen Aggregaten).

Mikroskopische Nachweismethoden

Aufgrund ihrer geringen Dicke sind Flagellen direkt nur mit Hilfe eines Elektronenmikroskops sichtbar. Um sie im normalen Lichtmikroskop darzustellen, werden spezielle Färbemethoden angewandt – wie die Vorbeizung oder Versilberung. Diese Verfahren ermöglichen es, die Flagellenfilamente durch die Ablagerung von Farbstoff auf ihrer Oberfläche künstlich zu verdicken.

Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt

• Mechanismen der Bildung bakterieller Biofilme
• Der Konjugationsprozess und die Rolle transmissibler Plasmide
• Serologische Identifizierung von Bakterien (H-Antigen)
• Wechselwirkung von Bakteriophagen mit der Bakterienzelle

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Das Material wurde von Dozenten von WhiteCoat Pro nach dem Lehrplan medizinischer Hochschulen erstellt. Es hat Bildungscharakter.