Wann ist es Mikroorganismen zu salzig oder zu süß?

Jede Bakterienart kann unterschiedlich gut mit Salz und Zucker umgehen. Bakterien können aber nicht unendlich viel Salz oder Zucker in ihrer unmittelbaren Umgebung aushalten, weil dies den Zellen Wasser entzieht.

Durch diese Eigenschaft können Lebensmittel mit Salz oder Zucker haltbar gemacht werden. Salz wird zum Beispiel bei der Konservierung von Fleisch oder Fisch eingesetzt, Zucker als Konservierungsstoff in Marmelade.

Stoffe wie Zucker und Salz haben eine starke Wasserbindungskraft. Anschaulich wird das, wenn wir uns eine Zelle vorstellen, die ins Meer gelangt, also in Salzwasser. In der Umgebung der Zelle liegt nun eine höhere Salzkonzentration vor als in der Zelle. Wasser fließt deshalb aus der Zelle nach außen, um so das Ungleichgewicht an Salzkonzentration außer- und innerhalb der Zelle auszugleichen. Dadurch kann eine Zelle „verdursten“, wenn ihr zu viel Wasser entzogen wird. Umgekehrt ist es in einem Süßwassersee, wo in der Zelle eine höhere Stoffkonzentration vorliegt als in der Umgebung der Zelle. Wasser strömt dann von außen in die Zelle, um die Stoffkonzentration auszugleichen: Die Zelle droht zu platzen. Dieser Ausgleich unterschiedlicher Stoffkonzentrationen heißt Osmose.

Aber manche Mikroorganismen haben Strategien entwickelt, um mit einem hohen osmotischen Druck umgehen zu können. Bakterien und Pilze, die an Umgebungen mit hohem Salzgehalt angepasst sind, werden als halophil (griech. halos, Salz und philia, Liebe) bezeichnet. Manche halophile Mikroorganismen lagern Salz in die Zelle ein (vor allem in Form von Kaliumchlorid, denn dieses Salz trocknet das Zellinnere deutlich weniger aus als das normale Kochsalz Natriumchlorid) und verringern dadurch den osmotischen Druck. Sämtliche Stoffwechselprozesse innerhalb dieser Mikroorganismen müssen allerdings dauerhaft an höhere Salzkonzentrationen angepasst sein.

Eine andere Möglichkeit ist die Anreicherung von löslichen Teilchen (kompatible Solute, z. B. Zucker oder Aminosäuren), die den osmotischen Druck verringern können, aber den Prozessen in der Zelle nicht schaden. Diese flexiblere Strategie nutzen Mikroorganismen, die mit häufig schwankenden Salzkonzentrationen auskommen müssen.

Ein interessantes Beispiel ist die Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum lebt in Gewässern mit einem Salzgehalt von über 20 Prozent und nimmt Kaliumchlorid in das Zellinnere auf, um dort zu überleben. Dadurch kann es sogar auf Salzkristallen hunderte Jahre überleben.

 

Zum Weiterlesen:

Volker Müller: Manche mögen’s salzig - Anpassungsstrategien und Biotechnologie Salz liebender Mikroorganismen, Forschung Frankfurt 1/2008

Karl Urban: Überleben im Salz - Ein Mikroorganismus entrinnt der Trockenheit, Deutschlandfunk 6/2012

Christine Ziegler: Angepasste Individualisten: Bakterielle Transporter im Osmostress, BIOspektrum 4/2010 

© Text und Abbildung: Franziska Koller/ VAAM, Franziska.Koller[at]biologie.uni-muenchen.de, Nutzung gemäß CC 4.0