Grundlagen der Mikrobiologie
Ziel der folgenden Ausfuhrungen ist es, die mikrobiologischen und biochemischen Grundlagen darzustellen und zu diskutieren, soweit sie zum Verstandnis der nach — folgend diskutierten bio-chemischen Prozesse wesentlich sind.
14.1.1 Einteilung der Mikroorganismen
Als Mikroorganismen werden in der Regel einzellige Organismen bezeichnet, die in Eu — und Prokaryonten unterschieden werden.
Eukaryonten. Zu den Eukaryonten zahlen Tiere, Pflanzen und Pilze. Als wich — tigstes Unterscheidungsmerkmal gegenuber Prokaryonten weisen sie einen echten Zellkern auf, in dem sich die Chromosomen befinden und der von einer Membran umgeben ist. Unter den Eukaryonten gibt es einzellige Vertreter (meist Hefen, Al —
gen, Protozoen). Mit durchschnittlichen ZellgroBen zwischen 5 und 50 цт bis hin zu mehreren 100 цт sind sie wesentlich groBer als Prokaryonten.
Fur bio-chemische Umwandlungsprozesse besonders interessante und wertvolle eukaryontische Mikroorganismen sind Hefen (u. a. in der Lebensmittelindustrie, Genussmittelindustrie) sowie Schimmelpilze (z. B. zur Antibiotikaherstellung (u. a. Penicillin), zur Herstellung saurehaltiger Produkte (u. a. Zitronensaure)). Zur Herstellung von Sekundarenergietragern sind sie jedoch nur von untergeordneter Bedeutung.
Prokaryonten. Prokaryonten sind im Vergleich zu den Eukaryonten bezuglich des Zellaufbaus wesentlich einfachere Mikroorganismen. Sie sind mit durchschnittli- chen ZellgroBen von 1 bis 5 pm fur das bloBe Auge nicht sichtbar. Bislang sind auch nur schatzungsweise bis zu 5 % aller prokaryontischen Arten bekannt. Sie werden unterschieden in Eubakterien (Bacteria) und Archeabakterien (Archaea). Bei den Archaeen handelt es sich um evolutiv sehr alte Organismen, die haufig an extremen Standorten zu finden sind. Sie sind z. B. bei Temperaturen zwischen 80 und 120 °C, extremen pH-Werten von 1 oder 12 bzw. in gesattigter Kochsalzlo — sung aktiv. Deshalb werden sie bevorzugt fur Anwendungen in der biotechnologi — schen Industrie eingesetzt. Aber auch in gemaBigten (mesophilen) Habitaten spie — len sie eine wichtige Rolle (z. B. im strikt anaeroben Milieu, wo sie fur die Metha — nogenese verantwortlich sind). Eubakterien hingegen finden sich uberwiegend in mesophilen Habitaten. Durch ihre hohe Anpassungsfahigkeit an extreme Lebens — bedingungen sind prokaryontische Mikroorganismen ubiquitar verbreitet. Dies gilt selbst dort, wo kein eukaryontisches Leben mehr moglich ist. Durch die enorm ho — he Stoffwechselvielfalt der Prokaryonten sind viele Stoffwechselvorgange aus- schlieBlich Bakterien und Archaeen vorbehalten. Sie liefern damit einen elementa — ren Beitrag zu den globalen Stoffwechselkreislaufen der Natur. Viele der Schlus — selreaktionen in den Stickstoff(N)-, Schwefel(S)- und Kohlenstoff(C)-Kreislaufen werden ausschlieBlich von Mikroorganismen katalysiert, wozu hohere Organismen nicht in der Lage sind. Beispielsweise konnen Prozesse, die fur die biochemische Energiegewinnung aus Biomasse bedeutend sind, ausschlieBlich durch Prokaryon — ten bewerkstelligt werden. Die Erzeugung von Methan erfolgt z. B. ausschlieBlich durch strikt anaerobe Archaeen (z. B. Methanosarcina) als letztem Glied der anae — roben Nahrungskette.