Unter Bakterienmorphologie versteht man die Größe, Form und Anordnung von Bakterienzellen. Neben Färbeeigenschaften und biochemischen Tests sind morphologische Merkmale von grundlegender Bedeutung für die anfängliche Identifizierung und Klassifizierung von Bakterienisolaten in der klinischen und Umweltmikrobiologie.
Zellformen
Bakterien weisen mehrere unterschiedliche Zellformen auf. Kokken sind kugelförmige oder eiförmige Zellen, zu deren Anordnung Diplokokken (Paare, z. B. Neisseria meningitidis), Streptokokken (Ketten, z. B. Streptococcus pyogenes), Staphylokokken (Cluster, z. B. Staphylococcus aureus), Tetraden (Viergruppen) und Sarcinae (Achterwürfel) gehören. Bazillen sind stäbchenförmige, zylindrische Zellen mit unterschiedlichen Längen-Breiten-Verhältnissen, die als einzelne Bazillen (z. B. Escherichia coli), Diplobazillen (Paare) oder Streptobakterien (Ketten, z. B. Bacillus cereus) angeordnet sind. Spirillen sind starre, spiralförmige Bakterien, die typischerweise mit polaren Flagellen beweglich sind (z. B. Spirillum volutans). Vibrios sind gebogene oder kommaförmige Stäbchen (z. B. Vibrio cholerae), während Spirochäten flexible, spiralförmige Bakterien mit inneren Flagellen (axialen Filamenten) zur Beweglichkeit sind (z. B. Treponema pallidum, Borrelia burgdorferi).
Zellanordnungen
Die Ebene der Zellteilung bestimmt die Anordnung. Kokken, die sich in einer Ebene teilen, bilden Ketten; die Teilung in zwei senkrechten Ebenen bildet Tetraden; sich in drei Ebenen teilend, bilden Sarcinae; und teilen sich unregelmäßig und bilden Cluster. Pleomorphe Bakterien (z. B. Mycoplasma, Corynebacterium) weisen je nach Wachstumsbedingungen unterschiedliche Formen auf. Filamentöse Bakterien (z. B. Streptomyces, Nocardia) bilden verzweigte Filamente, die Pilzhyphen ähneln.
Zellengröße
Die meisten Bakterien sind 0,5 bis 5 µm lang und damit etwa 10–100 Mal kleiner als eukaryotische Zellen. Die kleinsten bekannten Bakterien (Mycoplasma genitalium) sind 0,2–0,3 µm groß, während die größten (Epulopiscium fishelsoni) 600 µm erreichen können, was mit bloßem Auge sichtbar ist. Die Größe beeinflusst die Nährstoffaufnahme (Verhältnis von Oberfläche zu Volumen), die Diffusionsraten und die Anfälligkeit für Raubtiere.
Gramfärbung und Zellwandklassifizierung
Grampositive Bakterien haben eine dicke Peptidoglycan Schicht, färben sich violett und umfassen Staphylococcus, Streptococcus, Bacillus, Clostridium und Lactobacillus. Gramnegative Bakterien haben eine dünne Peptidoglycanschicht mit einer äußeren Membran, färben sich rosa oder rot und umfassen Escherichia, Pseudomonas, Salmonella, Neisseria und Helicobacter. Säurefeste Bakterien wie Mycobacterium und Nocardia haben wachsartige Mykolsäure-Zellwände, färben sich mit Carbolfuchsin und widerstehen der Entfärbung mit Säure-Alkohol.
Spezialisierte Färbetechniken
Die Kapselfärbung verwendet Tusche-Negativfärbung, um Polysaccharidkapseln sichtbar zu machen, die Bakterienzellen umgeben (z. B. Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae). Bei der Flagellenfärbung wird ein Beizmittel verwendet, um die Flagellen zu verdicken und sie zur Beurteilung der Beweglichkeit unter dem Lichtmikroskop sichtbar zu machen. Die Sporenfärbung (Schaeffer-Fulton-Methode) verwendet Malachitgrün, um Endosporen grün zu färben, und Safranin, um vegetative Zellen rosa zu färben. Der säurefeste Farbstoff (Ziehl-Neelsen) drückt Carbolfuchsin durch Hitze in die Zellwand, woraufhin die Zellen einer Entfärbung mit 3 % HCl in Ethanol widerstehen.
Koloniemorphologie
Die Koloniemorphologie auf festem Agar umfasst Größe, Form (kreisförmig, unregelmäßig, rhizoid), Rand (ganz, wellig, fadenförmig, gekräuselt), Erhebung (flach, erhaben, konvex, gebuckelt), Oberflächentextur (glatt, rau, schleimig), Farbe, Opazität und Geruch. Die Hämolyse auf Blutagar wird in die Kategorien α-Hämolyse (grüne Verfärbung, teilweise Hämolyse), β-Hämolyse (klare Zone, vollständige Hämolyse) und γ-Hämolyse (keine Hämolyse) eingeteilt. Die Koloniemorphologie in Kombination mit der Gram-Färbung ist der erste Schritt im Identifizierungsalgorithmus für klinische Isolate.
Biochemische Identifizierung
Der Katalase-Test unterscheidet Staphylococcus (positiv) von Streptococcus (negativ). Der Oxidase-Test unterscheidet Neisseria und Pseudomonas (positiv) von Enterobacteriaceae (negativ). Der Koagulase-Test unterscheidet Staphylococcus aureus (positiv) von anderen Staphylokokken. API-Streifen und automatisierte Systeme wie VITEK und MALDI-TOF MS ermöglichen eine schnelle und umfassende biochemische Identifizierung.
