Nahrstoffe und Wachstum
Energiegewinnung. In Abhangigkeit davon, woher Organismen ihren Energiebe-
darf decken, werden sie in drei verschiedene Typen eingeteilt.
— Chemoorganotrophe sind Eukaryonten (bis auf Pflanzen) sowie die meisten bis — her bekannten Mikroorganismen. Sie gewinnen ihre Energie aus dem Abbau or — ganischer Stoffe (z. B. Glucose, Acetat).
— Chemolithotrophe konnen anorganische Substanzen (u. a. H2, H2S, S, NH3, Fe2+) zur Energiegewinnung nutzen; sie konkurrieren damit nicht mit den Che- moorganotrophen um Substrate, sondern konnen sogar deren Abfallprodukte nutzen.
— Phototrophe konnen Licht durch eine bakterielle Photosynthese nutzen. Diese Moglichkeit ist jedoch auf eine relativ kleine Gruppe von Bakterien (u. a. Cya — nobakterien, Schwefelpurpurbakterien) beschrankt.
Kohlenstoff. Hauptbestandteil aller lebenden Zellen ist der Kohlenstoff. Je nach dem, woher die Organismen diesen beziehen, werden sie in Heterotrophe und Au — totrophe unterteilt.
— Autotrophe Organismen gewinnen den Hauptanteil ihres Kohlenstoffs uber die Fixierung von Kohlenstoffdioxid (CO2).
— Heterotrophe Organismen beziehen den uberwiegenden Teil des benotigten Kohlenstoffs aus organischen Substanzen.
Kultivierungsbedingungen. Bei der Kultivierung von Mikroorganismen muss de — ren Wachstumsparametern und Nahrstoffanspruchen in ausreichendem MaBe ge — nuge getan werden. Die benotigten Nahrstoffe werden in Makro — und Mikronahr — stoffe unterteilt.
— Zu den Makronahrstoffen zahlen als Hauptkomponenten Kohlenstoff und Stick — stoff, dazu Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium, Magnesium, Natrium, Kalzium und z. T. Eisen. Diese mussen den Bakterien im Wachs — tumsmedium zur Verfugung gestellt werden, z. B. in Form von Zuckern, ande — ren organischen Verbindungen und Mineralsalzen. Dies geschieht in der Praxis entweder uber ein Vollmedium aus Hefeextrakten und Pepton oder Trypton oder uber definierte Medien mit Zuckern und Salzen in unterschiedlicher Zu — sammensetzung.
— Wenn auch nur in extrem geringen Mengen — aber trotzdem essentiell — werden zudem bestimmte Mikronahrstoffe (d. h. Spurenelemente) benotigt. Dazu zah — len u. a. Bor, Chlor, Silizium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdan, Nickel, Selen, Wolfram, Vanadium und Zink. Diese Nahrstoffe werden nicht von allen Mikroorganismen benotigt, finden sich jedoch haufig als zentrales Element in bestimmten Enzymen. Dies muss bei dem jeweiligen Organismus indi — viduell beachtet werden. Auch mussen noch bestimmte Aminosauren oder Vi — tamine, die von manchen Organismen nicht selbststandig synthetisiert werden konnen, extern zugefuhrt werden.
Die wesentlichen Wachstumsparameter sind die Temperatur, der pH-Wert des Mediums, der Salzgehalt und die Gegenwart von Sauerstoff. Die meisten Mikroor — ganismen sind Mesophile, deren Wachstumsoptimum zwischen 20 und 40 °C, bei einem neutralem pH-Wert (5 bis 8) sowie Salzkonzentrationen zwischen 1 und 2 % liegt. Es sind aber auch viele extremophile Mikroorganismen bekannt, deren Wachstumsbedingungen stark von denen mesophiler Organismen abweichen. Le — ben kann damit in fast allen Grenzbereichen gefunden werden. Das Wachstum ein- zelner Organismen findet aber nur innerhalb enger Parameter statt. Bereits gering — fugige Temperatur — oder pH-Wert-Abweichungen konnen das Wachstum hemmen.
Bei einer Uberfuhrung in andere Wachstumsmedien oder einer Anderung der Umweltbedingungen mussen Bakterien sich diesen neuen Gegebenheiten immer wieder neu anpassen. Viele Enzyme mussen als Antwort auf neue Umweltbedin — gungen oder Stress erst neu gebildet werden. Das Wachstum einer mikrobiellen Population ist daher zu Beginn einer Kultivierung sehr langsam (lag-Phase). Bak — terienkulturen sind damit keine statischen Kulturen. In technischen Anlagen mus — sen daher die Kultivierungsparameter kontinuierlich uberwacht und ggf. nachregu — liert werden, um moglichst konstante Bedingungen zu schaffen.
Ein weiterer wichtiger Wachstumsparameter ist das Verhaltnis der Bakterien zum Sauerstoff. Wahrend der GroBteil aerob oder wenigstens aerotolerant ist (d. h. in Gegenwart von Sauerstoff kultiviert werden kann), sind auch Organismen be — kannt, fur die Sauerstoff selbst in geringen Konzentrationen toxisch ist. Fur diese Anaerobier sind bei einer technischen Nutzung deshalb besondere Randbedingun — gen einzuhalten.