Archaeen

Definition der Archaeen

1970 entdeckten und beschrieben die US-amerikanischen Mikrobiologen Carl Woese und George Fox erstmals Archaeen als eigentständige Gruppe im Strang der Prokaryoten. Sie entdeckten auffällige Unterschiede in der Sequenz der ribosomalen RNA und weitere Besonderheiten in der Zellstruktur.

Der Begriff Archaeen oder Archaea kommt vom griechischen Wort archaios und bedeutet soviel wie „uralt“ oder „ursprünglich“. Daher wurden sie früher auch als Archaebakterien oder Urbakterien bezeichnet. Heutzutage kennst du sie auch unter der Bezeichnung Mikroorganismen oder Mikroben.

Der Aufbau von Archaeen

Archaeen ähneln in vielen Strukturen sowohl Bakterien als auch Eukaryoten. Dennoch unterscheiden sie sich gerade mit Blick auf ihre Zellwand und der Plasmamembran von den anderen beiden Organismen.

Das Innere der Archaeen

Archaeen und Bakterien ähneln sich in ihrem Aufbau. Genauso wie Bakterien besitzen Archaeen keinen Zellkern. Vielmehr findet man die Erbinformation in Form eines Nukleoid frei im Zellplasma.

Auch die membranumhüllten Zellorganellen wie Mitochondrien oder den Chloroplasten sucht man bei Archaeen vergeblich.

Ähnlichkeiten zu Eukaryoten zeigen sich bei der Proteinbiosynthese, also die Transkription und Translation, und dem Aufbau der RNA-Polymerasen-Enzyme. Zudem besitzen wie Eukaryoten Ribosomen, die allerdings deutlich kleiner bei Archaeen sind als bei Eukaryoten.

Die Zellwand der Archaea

Die Zellwände von Archaeen weisen eine große Vielfalt auf und zeigen große Unterschiede zu Zellwänden von Bakterien oder Eukaryoten. Archaeellen Zellwände enthält Pseudopeptidoglycan (Pseudomurein) und können je nach Art sehr unterschiedliche aufgebaut sein. So fehlt einigen Archaeen wie z. B. den Thermoplasma vollständig eine Zellwand, während andere Arten wie die Methanospirillum Zellwände aus vielen komplexen Schichten aufweisen.

An der Zellwand befinden sich sogenannte Flagellen. Diese dünnen Proteinfäden dienen der Fortbewegung und sind außen an der Zellwand zu finden. Zudem findet man bei ihnen auch kleine Anhänge, die man auch Pili nennt. Sie sehen ebenfalls aus wie Fäden und helfen den Archaeen bei der Fixierung an Oberflächen oder der Zell zu Zell Kommunikation.

Die Plasmamembran der Archaea

Genauso wie Eukaryoten und Bakterien besitzen auch Archaeen eine Plasmamembran. Bei Eukaryoten und Bakterien besteht das Plasmamembran aus einer Doppelschicht von Phospholipiden, das bedeutet, dass deren Fettsäuren über Esterbindungen an die Glycerol-Moleküle gebunden sind. Bei Archaeen setzt sich das Lipid aus langkettigen, verzweigten Kohlenwasserstoffmolekülen zusammen, die über Etherbindungen verbunden sind. Das bedeutet, dass die Fettsäuren nicht über Glycerolmoleküle, sondern Sauerstoffatome verbunden sind.

Eine weitere Besonderheit bei der Plasmamembranbildung ist der Besitz einer Einzelschicht, bei einigen Archaeen Gruppen. Diese Einzelschichten werden auch Monolayer genannt und beschreiben die Verbindung mit Glycerin an beiden Enden der Kohlenwasserstoffketten.

Das Vorkommen der Archaeen

Archaeen gehören zu den Extremophilen und können so an den unterschiedlichsten Orten vorkommen. Extremophil bedeutet, dass sie selbst bei extremen Bedingungen den nötigen Lebensraum, den sie brauchen, finden. Je nachdem, wo sie vorkommen, kann man sie in verschiedene Arten einteilen.

Meistens treten Archaeen nicht allein auf, sondern bilden Lebensgemeinschaften mit anderen Organismen. Zu solchen Lebensgemeinschaften können auch mikroskopisch kleine Eukaryoten gehören.

Der Stoffwechsel der Archaeen

Genauso wie bei der Form und Größe weisen Archaeen auch bei Stoffwechsel eine große Vielfalt auf. Einige Arten sind heterotroph. Das bedeutet, dass sie andere Organismen wie Pflanzen oder Tiere brauchen, um sich zu ernähren und lebenswichtige Nährstoffe aufzunehmen. Die Mehrheit der Archaeen ernährt sich allerdings autotroph. Das heißt, dass sie sich ihre lebensnotwendigen Nährstoffe selbst herstellen können.

Ein Beispiel für die autotrophen Stoffwechsel kennst du bereits- die Photosynthese oder auch die Chemosynthese. Zusätzlich gibt es eine Vielzahl von Arten, die ihre Energie auch ohne Sauerstoff gewinnen können. Man bezeichnet sie auch als Anaerobier.

Eine Besonderheit der Energiegewinnung betreiben die Archaeen bei der Methanogenese. Hier wird Kohlenstoffdioxid zu Methan reduziert. Diese Form ist nur bei Archaeen zu finden und Arten, die diese Form der Energiegewinnung nutzen, nennt man Methanogene.

Die Bedeutung der Archaeen für den Menschen

Durch ihren komplexen Aufbau werden achaeelle Stoffwechselleistungen, Zellbestandteile oder auch Enzyme besonders im industriellen Sektor verwendet. Besonders Extremophile lassen sich aufgrund ihrer Besonderheiten biotechnologisch nutzen. Aber auch im Organismus des Menschen findet man Archaeen, die positive Effekte haben können.

1. Der menschliche Organismus

Anders als bei Bakterien, bei denen einige Arten für den Menschen gefährlich werden können, gibt es bisher keine bekannten, schädlichen Archaeenarten. Dennoch können einige Arten der Archaeen die Bildung von krankheitserregenden Bakterien fördern. Das kann zum Beispiel bei entzündetem Zahnfleisch passieren. Archaeen kommen also nicht nur im menschlichen Darm, sondern auch in der Zahnflora im Mund des Menschen vor.

2. Biologie

Extremophile sind durch ihre Anpassung an extreme Lebensräume auch in ihren Bestandteilen an Extreme angepasst. Dadruch kann man sie zur Gewinnung von hitzeresistenten Enzymen, wie zum Beispiel a-Amylase nutzen. Genauso kann man durch sie neue Restriktionsenzyme (sie erkennen und Schneiden die DNA an bestimmten Positionen) gewinnen.

3. Biotechnologie

Aufgrund ihres einzigartigen Stoffwechsels werden Methanogene für die Produktion von Bio-Gasen eingesetzt. Aber auch andere Arten von Archaeen werden im biotechnologischen Bereich verwendet. Zum Beispiel bei der Mirkobiellen Erzlaugung, also der Überführung von Schwermetallen in einen löslichen Zustand wie zum Beispiel der Kupfer-, Zink- oder Nickelgewinnung.

4. Medizin

In der Medizin finden einzelne Zellwandbestandteile, sogenannte S-Layer, eine Verwendung. Die Hüllproteine oder auch kristallinen Zellwände werden als Träger für Impfstoffe genutzt.