Gruppe 1: Milchsäurebakterien und Milchprodukte
Die Milchsäurebakterien sind eine Gruppe von Bakterien. Sie sind einander nicht besonders ähnlich und die einzelnen Arten sind auch nicht näher miteinander verwandt. Es werden Bakterien aus ganz verschiedenen Gruppen zusammengefasst (z.B. Lactobacillus oder Enterococcus).
Gemeinsam haben sie, dass sie für ihre Energiegewinnung Zucker benötigen, die sie aus ihrer Umwelt aufnehmen müssen. Diese Zucker werden in einem Prozess abgebaut, der als Milchsäuregärung bezeichnet wird. Dabei entsteht immer Milchsäure und bei bestimmten Bakterien auch noch Kohlenstoffdioxid (CO2) und Alkohol (Ethanol).
Die Milchsäurebakterien können als Stoffwechsel nur Gärung betreiben. Außerdem können sie bestimmte lebensnotwendige Stoffe (wie z.B. Aminosäuren) nicht mehr selbst herstellen. Daher sind sie an das Leben in Milch angepasst, wo sie diese Stoffe aus der Umgebung aufnehmen können. Sie kommen aber auch im Darm von Säugetieren oder verrottenden Pflanzen vor.
Nutzen für den Menschen
Verschiedene Arten von Milchsäurebakterien werden zur Herstellung von Lebensmitteln verwendet. Zum Beispiel für Joghurt, Kefir, Sauermilch, Käse aber auch im Sauerkraut, und beim Backen im Sauerteig.
In der Lebensmittelindustrie werden speziell gezüchtete Bakterienkulturen für die Herstellung von Sauermilchprodukten und Käse eingesetzt. Daher werden sie auch als Sauermilchbakterien bezeichnet. Die durch die Bakterien entstandene Milchsäure lässt das Eiweiß in der Milch gerinnen. Dieser Prozess wird als Milchsäuerung oder Dicklegung bezeichnet. Das entstandene Produkt ist durch diesen Prozess angedickt und angesäuert und kann weiterverarbeitet werden.
Die Milchsäuregärung ist bereits seit sehr langer Zeit eine beliebte Methode zur Konservierung von Lebensmitteln. Dabei werden die Lebensmittel durch die entstehende Milchsäure angesäuert und unerwünschte Bakterien oder Schimmel werden fast vollständig gehemmt oder abgetötet. Diesen Vorgang nennt man oft auch Fermentation.
Gruppe 5: Bakterien produzieren Insulin
Das Bakterium Escherichia coli kommt ursprünglich vor allem im Darm von Säugetieren, so auch des Menschen, vor. Es gehört dort zur normalen Darmflora, allerdings gibt es auch einige Stämme, die zu Erkrankungen führen können. Es ist heute einer der wichtigsten Modellorganismen in der biologischen Forschung.
Insulin und Diabetes
Das lebenswichtige Insulin ist ein Hormon – also eine Art Botenstoff im Körper. Es reguliert den Blutzucker-(Glucose)-spiegel. und wird bei gesunden Menschen in den Inselzellen der Bauchspeicheldrüse gebildet. Es fördert die Aufnahme von Glucose in die Zellen, die Umwandlung von Glukose in Fettsäuren und hemmt gleichzeitig die Bildung von Eiweißen aus Glukose.
Ein Mangel an Insulin führt zur Ausbildung der Zuckerkrankheit, auch Diabetes mellitus genannt. Diese Krankheit führt unbehandelt zu schweren körperlichen Schäden. Sie kann allerdings u.a. durch das Spritzen von Insulin gut behandelt werden. Dafür werden große Mengen künstlich hergestelltes Insulin benötigt – allein in Europa sind 61 Millionen Menschen von Diabetes betroffen.
Herstellung von Insulin
Ursprünglich wurde Insulin zur Behandlung von Diabetes aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen gewonnen. Dazu mussten pro Patienten etwa ein Schwein pro Woche geschlachtet werden. Darauf kann inzwischen verzichtet werden: Als erstes Medikament wird das menschliche Insulin schon seit 1980 im industriellen Maßstab mit genetisch veränderten Bakterien hergestellt.
Für die biotechnologische Herstellung werden Bakterien der Art Escherichia coli eingesetzt. Durch komplexe molekularbiologische Verfahren werden die Bakterien so verändert, dass sie die genetische Information erhalten, um das Insulin-Molekül produzieren zu können. In speziellen Bioreaktoren werden die Bakterien bei idealer Temperatur stark vermehrt und produzieren dabei das Insulin. Sie werden dann abgetötet und die Insulin-Moleküle werden isoliert und aufgereinigt. Sie müssen dann noch molekularbiologisch aufbereitet werden, bevor sie als Medikament eingesetzt werden können.
