Sterilisation von Sporen und Toxinen

Sporen

Zu unserem Nachteil, aber zum Vorteil bestimmter Bakterien können diese unter widrigen Umgebungsbedingungen Sporen bilden. Das ist häufig in trockener Umgebung der Fall. Bakterielle Sporen heißen Endosporen, weil sie sich innerhalb der Bakterienzelle bilden. Ein endosporenbildendes Bakterium kann eine Reihe widriger Bedingungen wie Hitze, Austrocknung, Strahlung und Chemikalien überleben. Auch andere Organismen bilden Sporen, aber die bakteriellen Sporen sind in der Regel hitzebeständig und nur schwer zu denaturieren. Der Grund für die größere Hitzebeständigkeit liegt im Aufbau der Endospore.

Beachten Sie das Exosporium, eine zarte, dünne Membran aus Protein. Darunter liegt die Sporenhülle aus mehreren Proteinschichten, die nur in dieser Hülle vorkommen. Die nächste Schicht heißt Cortex. Sie enthält locker vernetzte Peptidoglykane (aus Zuckern und Peptiden). Im Inneren, im Sporenkern, liegt die Dipicolinsäure (DPA), die mit Calcium einen Komplex bildet. Dieser Calcium-DPA-Komplex trägt wesentlich zur Hitzebeständigkeit bei, und Cortex und Sporenhülle bilden zusammen eine schwer durchdringbare Barriere. Beachten Sie, dass das Bakterium im Inneren der Endospore liegt. Die Endospore macht es schwierig, das Bakterium abzutöten.

Endotoxine, Exotoxine, Pyrogene und Sterilität

Endotoxine

Endotoxine sind Moleküle, die üblicherweise in der Zellwand gramnegativer Bakterien vorkommen. Sie dienen dem Schutz der Bakterien vor verschiedenen Bedrohungen. Stirbt ein Bakterium, gibt es diese Endotoxine an die Umgebung ab, weil seine Zellwand zerstört ist. Diese Moleküle sind für Menschen und Tiere sowie für andere Organismen toxisch (giftig). Freigesetzt werden Endotoxine deshalb vor allem, wenn das Bakterium stirbt. Diese toxischen Moleküle können Durchfall, Erbrechen, Fieber und Entzündungsreaktionen auslösen. Viele Endotoxine sind Lipopolysaccharide (LPS), es gibt aber auch andere Molekültypen. Endotoxine sind sehr hitzebeständig. Autoklavieren reicht in der Regel nicht aus; sicher zerstört werden sie erst durch trockene Hitze bei etwa 250 °C (Depyrogenisierung).

Exotoxine

Exotoxine unterscheiden sich von Endotoxinen. Ein Exotoxin wird vom Bakterium aktiv sezerniert. Anders als bei Endotoxinen schadet ein exotoxinbildendes Bakterium seinem Wirt bereits, solange es lebt. Exotoxinbildende Bakterien setzen außerdem bei der Lyse die noch in der Zelle vorhandenen Exotoxine frei. Die meisten Exotoxine lassen sich durch Erhitzen inaktivieren. Ein Beispiel für ein Exotoxin ist das Botulinumtoxin, das vom Bakterium Clostridium botulinum stammt.

Pyrogene und Sterilität

Pyrogene sind Moleküle, die Fieber verursachen. Die üblichen Pyrogene stammen von Bakterien, und zwar in Form von Endotoxinen und Exotoxinen. Auch Tiere bilden Pyrogene, das ist aber ein anderes Thema. Man könnte meinen, mit der Sterilisation seien auch diese bakteriellen Toxine beseitigt, da die Bakterien ja zerstört sind. Das stimmt nicht unbedingt. Bei der Sterilisation werden die Bakterien zerstört, setzen dabei aber ihre Exotoxine und Endotoxine frei. Wählen Sie Temperatur und Zeit so, dass nicht nur die Bakterien, sondern auch ihre Toxine inaktiviert werden. Beim Kauf von Produkten für das Labor müssen Sie auf die Angaben auf der Verpackung achten. Manche Produkte sind als „steril“, „steril und pyrogenfrei“ oder „pyrogenfrei, aber nicht steril“ gekennzeichnet. „Steril“ allein heißt nicht pyrogenfrei.