Bacillus stearothermophilus

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 31. Oktober 2016
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Bacillus stearothermophilus ist eine apathogene und stäbchenförmige Spezies von Bakterien aus der Familie Bacillaceae und Abteilung Firmicutes. Die Bakterienart zählt zu den sogenannten Sporenbildnern, bildet unter ungünstigen Bedingungen also resistente Endosporen. Für den Menschen hat die Bakterienart vor allem als Testkeim Bedeutung, so zum Beispiel zur Kontrolle von thermischen Geräten zur Sterilisation.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Bacillus stearothermophilus?

Bei Bacillus stearothermophilus handelt es sich um eine Bakterienspezies aus der Familie Bacillaceae, von der rund 50 Gattungen bekannt sind. Die Spezies zählt zur Gattung Bacillus, die der Abteilung Firmicutes zugehört. Darunter fällt die bakterielle Spezies in die Klasse Bacilli und wird zur Ordnung Bacillales gerechnet.

Wie alle Bakterien aus der Ordnung Bacillales ist Bacillus stearothermophilus ein gram-positives Bakterium mit Stäbchenform. Viele Vertreter der Bacillales können unter ungünstigen Bedingungen wie Nahrungsmangel und Extremtemperatur Endosporen bilden. Das gilt auch für Bacillus stearothermophilus, sodass die Spezies zusammen mit den Clostridien der Gruppe der Sporenbildner zugerechnet wird.

Individuen der Art Bacillus stearothermophilus sind thermophile Organismen und werden bis zu zehn µm lang. Die bakterielle Spezies führt nicht zu Erkrankungen und zeigt gram-positives Färbeverhalten. Die apathogenen Bakterien werden in der Biotechnologie verwendet und so zum Beispiel zu Sterilisationsprozessen eingesetzt.

Für die Molekularbiologie spielt die Spezies insofern eine Rolle, als dass sie das Enzym Polymerase besitzt. Mittels Polymerase können DNA-Stränge aufgespalten werden. Polymerase spielt für die Polymerasekettenreaktion und für andere Methoden der DNA-Vervielfältigung oder DNA-Modifikation eine Rolle.

Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften

Bacillen der Bakterienspezies Bacillus stearothermophilus kommen ubiquär vor und gehen unter schlechten Vermehrungsbedingungen in ein Sporenstadium über. Dieses Vorgehen gibt den Individuen eine höhere Resistenz gegenüber bestimmten Umwelteinflüssen. Die Bakterienart kann auf diese Weise sogar in 70-prozentigem Alkohol überleben. Um Desinfektionszwecke zu erfüllen und die Bakterien somit abzutöten, muss der verwendete Alkohol steril-filtriert werden.

Die bakterielle Spezies lebt obligat aerob. Das heißt, dass die Individuen in sauerstoffreichem Milieu überleben können. Ihr Stoffwechsel ist auf Sauerstoff ausgerichtet. Unter vollständigem Sauerstoffausschluss können sie anders als viele anderen Bakterien nicht überleben.

Das bevorzugte Milieu von Bacillus stearothermophilus ist humusreiche Erde. Auch in heißen Quellen, in Wüstensand, im Kompost oder in Lebensmitteln kommen Stämme der Bakterienart vor. Dasselbe gilt für arktische Gewässer und Meeresböden. Die Spezies ist aufgrund ihrer Fähigkeit zur Sporenbildung extrem hitzestabil und gegenüber Umwelteinflüssen resistent.

Zur Auskeimung kommt es ausschließlich unter günstigen Umweltbedingungen. Die Bakterien besitzen DNA-Polymerase, ein Multifunktional-Enzym, das die Polymerisation einzelner Nukleotide zu einer langen Ketten katalysiert. Bei der Replikation von DNA katalysiert es die DNA-Synthese aus einzelnen Desoxyribonukleotiden.

Bedeutung & Funktion

Gemeinsam mit Bacillus subtilis hat Bacillus stearothermophilus hohen Nutzen für den Menschen, so vor allem als Testkeim bei der biologischen Kontrolle verschiedener Sterilisationsgeräte.

Bei der Überprüfung von Autoklaven oder Heißluftsterilisatoren werden Bakterienstämme der Art als Bioindikatoren eingesetzt und dienen der Ermittlung der Absterbekinetik. Dabei handelt es sich um das Zeitintervall, in dem Bakterien durch ein Setrilisationsgerät abgetötet werden. Mittels der Absterbekinetik lässt sich so der Erfolg von Sterilisationsprozessen messen.

Bacillus stearothermophilus ist hochgradig thermostabil. Deshalb wird der Testkeim vor allem in der thermischen Sterilisation zur Ermittlung der Effizienz verwendet. Der Keim wird in Glasampullen gegeben, die mit einem flüssigen Nährmedium und einem Farbindikator befüllt sind. Die einzelnen Ampullen werden autoklaviert und danach gemeinsam mit einer Kontroll-Ampulle bei 60 Grad Celsius für einige Tage inkubiert. Der Farbumschlag des Indikators zeigt die Stoffwechselaktivität der einzelnen Zellen an. Das heißt, dass sich in erfolgreich sterilisierten Ampullen die Färbung nicht verändert.

Auch in Form von Sporenstreifen kann die Sterilisationsprüfung mittels Bacillus stearothermophilus erfolgen. Als Sporenstreifen sind Streifen aus Filterpapier bekannt, auf die Endosporen des Bakteriums aufgebracht werden. Auch diese Anwendung findet meist im Zusammenhang mit der Dampfsterilisationsprüfung statt. Der Testkeim wird dazu in Sporenstreifen in einen Autoklaven gegeben, danach in eine Nährlösung gesetzt und schließlich inkubiert. Wachstum erfolgt bei erfolgreicher Sterilisation nicht.

Über diese Anwendungsbereiche hinaus spielt Bacillus stearothermophilus für die Erzeugung von Enzymen wie BstBI eine Rolle.

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Krankheiten & Beschwerden

Die Bakterienart Bacillus stearothermophilus ist weder für Menschen, noch Tiere pathogen. Bei den einzelnen Stämmen der Spezies handelt es sich also nicht um Krankheitserreger. Für Bakterien aus der Ordnung Bacillales und der Familie Bacillaceae ist das nichts Ungewöhnliches.

Die Familie umfasst verschiedene apathogene Arten, beinhaltet andererseits aber auch fakultativ pathogene und obligat pathogene Erreger. Bacillus subtilis ist zum Beispiel ein fakultativ pathogener Erreger der Familie, der nur unter bestimmten Bedingungen zu Erkrankungen führt. Bei Bacillus anthracis handelt es sich wiederum um einen obligat pathogenen Erreger, der zwingend den sogenannten Milzbrand hervorruft.

Anders als bei fakultativ und obligat pathogenen Arten muss bei der apathogenen Bacillaceae-Spezies Bacillus stearothermophilus unter keinen Umständen mit Erkrankungen gerechnet werden, wenn die Bakterien in Kontakt mit dem Menschen geraten. Auch die Inhalation von Sporen der Spezies ist nicht mit Krankheitspotenzial assoziiert. Die Immunlage der Patienten spielt hierbei keine Rolle.

Während fakultativ pathogene Keime meist opportunistische Krankheitserreger sind und damit an Menschen mit unterdurchschnittlich immunologischer Konstitution Erkrankungen hervorrufen können, sind apathogene Keime wie Bacillus stearothermophilus sogar für immunsupprimierte Personen ungefährlich.

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