Mikroorganismen Vielseitig, anpassungsfähig, produktiv

Seit Jahrtausenden werden Mikroorganismen zur Herstellung von Lebensmitteln wie Brot oder Bier eingesetzt. Lange Zeit wussten die Menschen nichts von ihrer Existenz. Erst durch die Erfindung des Mikroskops wurden die winzigen Lebewesen für das menschliche Auge sichtbar.

Der Naturforscher Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723) war maßgeblich an der Entwicklung des Lichtmikroskops beteiligt. Ende des 17. Jahrhunderts betrachtete er Regenwasser unter der Vergrößerungslinse und entdeckte unzählige kleine Lebewesen. Das war der Beginn der Mikrobiologie – der Wissenschaft von den Mikroorganismen und Viren.

Naturforscher Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723) entdeckte die Mikroorganismen. Chemiker Louis Pasteur (1822 – 1895) untersuchte die Fermentation und entwickelte das Verfahren der Pasteu-risierung. Schimmelpilzkolonien im Stereomikroskop, 40fach vergrößert. Einige Arten helfen bei der Produktion von Käse oder Salami. Quelle: www.enius.de

Rund zweihundert Jahre später untersuchte der französische Chemiker Louis Pasteur (1822 – 1895) die Gärung, auch Fermentation genannt. Dieser Prozess spielt bei vielen Lebensmitteln eine entscheidende Rolle. Er fand heraus, dass der Abbau organischer Verbindungen unter Ausschluss von Sauerstoff durch winzige, einzellige Lebewesen verursacht wird. Außerdem entdeckte Pasteur, dass bestimmte Bakterien Krankheiten auslösen können. Und er entwickelte ein Verfahren zum Abtöten von solcher Keimen in Flüssigkeiten durch Erhitzen, die Pasteurisierung. Auch der Mediziner Robert Koch (1843 – 1910) beschäftigte sich mit der Funktion der Mikroorganismen in Stoffwechselprozessen. Er untersuchte verschiedene Krankheitserreger und entwickelte ein Mittel gegen Tuberkulose. Erst diese Pionierarbeiten ermöglichten den gezielten und kontrollierten Einsatz von Mikroorganismen. Bis Ende des 19. Jahrhunderts hatten die Menschen keine Vorstellung von den tatsächlichen Prozessen, wie sie etwa bei der Reifung des Käses und dem Brauen von Bier ablaufen. Heutige Hygienetechniken waren unbekannt - und so gelangten häufig auch unerwünschte Mikroorganismen in die Lebensmittel, darunter viele Krankheiterreger. Vor allem bei Geschmack und Konsistenz der Produkte gab es oft unliebsame Überraschungen. Die Qualität fermentierter Lebensmittel nahm zu, als es gelang, die mikrobiellen Prozesse besser zu kontrollieren.

Mikroorganismen; Mit und ohne Zellkern

Mikroorganismen sind mikroskopisch kleine, meist einzellige Lebewesen, denen zahlreiche Arten zugeordnet werden. Man unterscheidet verschiedene Gruppen: Die Algen, Schimmelpilze, Hefen und Protozoen besitzen einen Zellkern, während Bakterien lediglich Kernsubstanz enthalten, die nicht durch eine Membran abgegrenzt ist. Da die Mikroorganismen sehr vielseitig und anpassungsfähig sind, kommen sie in fast allen Lebensräumen vor – im Boden, im Wasser und in der Luft, aber auch an Orten mit extremen Umweltbedingungen wie heiße Quellen und arktische Gebiete. Viele Einzeller spielen im Stoffkreislauf der Natur eine große Rolle.

Mikroorganismen vermehren sich meist ungeschlechtlich durch Zellteilung, Knospung oder Sprossung und in relativ kurzer Zeit. Außerdem sind sie in ihrer Stoffwechselaktivität sehr flexibel. Auch aus diesen Gründen lassen sie sich im Labor einfach untersuchen und verändern – mit und ohne Gentechnik.

Produktionsorganismen und Starterkulturen

Mikroorganismen werden vielseitig eingesetzt. Im Lebensmittelbereich unterteilt man heute nach zwei grundsätzlich verschiedenen Anwendungsformen: Starterkulturen und Produktionsorganismen.

• Starterkulturen sind Mikroorganismen, die einem Lebensmittel gezielt von außen zugesetzt werden, um bestimmte Stoffwechselprozesse auszulösen. Sie verändern die Zusammensetzung des Nahrungsmittels, um es zu konservieren oder für das Produkt typische Eigenschaften wie etwa ein gewisses Aroma oder eine bestimmte Konsistenz zu erreichen. Die Mikroorganismen verbleiben im Nahrungsmittel und werden mitverzehrt. Häufig sind sie dann jedoch nicht mehr aktiv: Beim Backen von Brot wird beispielsweise ein Großteil der Hefe durch das Erhitzen abgetötet. Bevor Bier und Wein in den Handel gelangen, werden die Mikroorganismen abgefiltert.
• Ein Produktionsorganismus dagegen produziert einen bestimmten Stoff. Hat der Mikroorganismus das gewünschte Produkt in hoch spezialisierten technischen Anlagen gebildet, wird er abgetrennt und erfüllt daher nur eine vorübergehende Funktion. Mit Hilfe von Produktionsorganismen kann man Vitamine und Enzyme für Futtermittel, Waschmittelenzyme und diverse Arzneimittel gewinnen. Auch Enzyme, Zusatzstoffe und Aminosäuren für Nahrungsmittel werden auf diese Weise industriell erzeugt.

Während Gentechnik bei Produktionsorganismen weit verbreitet ist, gibt es bei Starterkulturen bisher keine praktischen Anwendungen.

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• Starterkulturen: Bisher keine Gentechnik
• Produktionsorganismen: Weiße Gentechnik mit guten Perspektiven