Verborgene Gefahren

• Einführung
• Kapitel 1: Die unsichtbare Welt: Eine Einführung in Mikroben
• Kapitel 2: Die Pioniere: Die Entdeckung des mikrobiellen Universums
• Kapitel 3: Bakterien: Das Gute, das Böse und das Allgegenwärtige
• Kapitel 4: Bakterielle Kriegsführung: Wie Krankheitserreger eindringen
• Kapitel 5: Viren: Die Entführer der Lebensmaschinerie
• Kapitel 6: Die virale Ausbreitung: Eine Geschichte der Pandemien
• Kapitel 7: Pilze: Das Reich der Zersetzer und Krankheiten
• Kapitel 8: Parasiten: Die intimen Eindringlinge
• Kapitel 9: Malaria: Die tödliche Fracht der Mücke
• Kapitel 10: Die Abwehr des Körpers: Eine Einführung in das Immunsystem
• Kapitel 11: Wenn die Abwehr versagt: Immundefizienz und opportunistische Infektionen
• Kapitel 12: Das Zeitalter der Antibiotika: Eine medizinische Revolution
• Kapitel 13: Der Aufstieg der Supererreger: Die Krise der antimikrobiellen Resistenz
• Kapitel 14: Impfstoffe: Triumphe der Präventivmedizin
• Kapitel 15: Die Jagd nach Ausbrüchen: Die Wissenschaft der Epidemiologie
• Kapitel 16: Cholera: Der blaue Tod
• Kapitel 17: Tuberkulose: Der anhaltende Schatten der weißen Pest
• Kapitel 18: HIV/AIDS: Eine moderne Geißel
• Kapitel 19: Influenza: Die sich ständig wandelnde Bedrohung
• Kapitel 20: Neu auftretende Krankheiten: Von Ebola bis Zika
• Kapitel 21: Das Darmmikrobiom: Eine Welt im Innern
• Kapitel 22: Lebensmittelbedingte Gefahren: Die Gefahren auf unseren Tellern
• Kapitel 23: Wasserbedingte Krankheiten: Die verborgene Bedrohung im klaren Glas
• Kapitel 24: Prionen: Die fehlgefalteten Proteine des Todes
• Kapitel 25: Die Zukunft einer mikrobiellen Welt: Koexistenz oder anhaltender Konflikt?
• Glossar der Begriffe

Nehmen Sie sich einen Moment Zeit und betrachten Sie sich selbst. Sie sind, im fundamentalsten Sinne, eine singuläre Entität, ein Individuum, das sich durch die Welt bewegt. Doch diese Wahrnehmung von Einzigartigkeit ist eine tiefgreifende Illusion. Sie sind nicht allein, nicht im Entferntesten. Tatsächlich sind Sie nicht einmal ganz Sie selbst. Auf Ihrer Haut lebend, in Ihrem Mund und tief im Labyrinth Ihres Darms befindet sich eine geschäftige, ausgedehnte Metropole mikroskopischen Lebens. Diese Stadt wird von Billionen von Mikroorganismen bevölkert – Bakterien, Pilzen, Viren und anderen – einer Gemeinschaft, so gewaltig und komplex, dass sie oft als Mikrobiom bezeichnet wird. Lange Zeit war man allgemein der Ansicht, dass diese mikrobiellen Zellen unsere eigenen menschlichen Zellen in einem atemberaubenden Verhältnis von zehn zu eins überzögen. Neuere, sorgfältigere Analysen haben diese Zahl korrigiert und deuten darauf hin, dass das Verhältnis viel näher bei eins zu eins liegt. Aber der Punkt bleibt bestehen: Sie sind, mindestens, zur Hälfte Andere. Das Gesamtgewicht dieser unsichtbaren Fracht kann bis zu fünf Pfund betragen, im Wesentlichen ein ganzes anderes Organ, von dem Sie nie wussten, dass Sie es hatten.

Diese wimmelnde Welt in und an uns ist im Großen und Ganzen eine friedliche und sogar nützliche. Die Beziehung ist symbiotisch; diese winzigen Passagiere sind keine bloßen Schmarotzer. Sie spielen entscheidende Rollen in unserem täglichen Dasein, helfen uns bei der Verdauung von Nahrung, um lebenswichtige Energie freizusetzen, produzieren essenzielle Vitamine und trainieren sogar unsere Immunsysteme von den frühesten Lebenstagen an. Sie sind unsere erste Verteidigungslinie, besetzen Raum und Ressourcen, die sonst von bösartigeren Eindringlern beansprucht werden könnten. Dieses empfindliche Gleichgewicht, dieses mikroskopische Ökosystem, ist eine fundamentale Komponente dessen, was es heißt, gesund zu sein. Wenn es korrekt funktioniert, sind wir seiner Existenz weitgehend blind. Aber wenn dieses Gleichgewicht gestört wird oder wenn ein wahrhaft feindlicher Mikroorganismus unsere Verteidigungslinien durchbricht, können die Folgen verheerend sein. In dieser Störung finden wir das Thema dieses Buches: die verborgenen Gefahren.

Für den weitaus größten Teil der Menschheitsgeschichte waren die Erreger unserer furchterregendsten und tödlichsten Krankheiten ein vollständiges Rätsel. Die großen Seuchen, die über Kontinente hinwegfegten und riesige Anteile der Bevölkerung auslöschten, wurden einer Vielzahl unsichtbarer Kräfte zugeschrieben, von denen keine der tatsächliche Übeltäter war. Viele antike Kulturen glaubten, Pest sei eine Form göttlicher Strafe, ein Fluch, den zornige Götter sandten, um die Menschheit für ihre Sünden zu züchtigen. Andere blickten zu den Sternen und machten die Konstellation der Planeten oder das Erscheinen von Kometen für die nachfolgende Krankheit und den Tod verantwortlich. Jahrelang war eine der hartnäckigsten und einflussreichsten Erklärungen die Miasma-Theorie. Diese Idee besagte, dass Krankheiten durch „schlechte Luft“ verursacht würden, einen schädlichen Dampf oder Miasma, der aus verrottendem organischem Material, Sümpfen oder allgemeiner Schmutzigkeit aufstieg. Der üble Geruch von Verwesung war nicht nur ein Symptom der Krankheit, sondern ihre eigentliche Ursache.

Dieser Glaube, obwohl inkorrekt, war nicht völlig ohne Verdienst. Er verknüpfte Krankheit intuitiv mit unhygienischen Bedingungen, was einige der frühesten öffentlichen Gesundheitsinitiativen anregte. Das Säubern von Stadtstraßen und die Verbesserung der Belüftung in Gebäuden wurden zu Prioritäten, nicht weil die Menschen die Keimtheorie der Krankheit verstanden, sondern weil sie die schlechten Gerüche beseitigen wollten, von denen sie glaubten, dass sie sie krank machten. Der Name der Krankheit Malaria ist ein Relikt dieser Denkweise, abgeleitet vom italienischen „schlechte Luft“ (mala aria), was den lange gehegten Glauben widerspiegelt, die Krankheit werde durch das Einatmen der üblen Luft sumpfiger Gebiete verursacht. Die Miasma-Theorie konnte jedoch nicht erklären, warum während einer Epidemie manche Menschen erkrankten, während ihre Nachbarn, die dieselbe Luft atmeten, vollkommen gesund blieben. Noch konnte sie Krankheiten erklären, die sich durch direkten Kontakt zwischen Menschen ausbreiteten. Die wahren Übeltäter blieben unsichtbar, ihre Existenz wurde nicht einmal vermutet.

Die Reise, auf die Sie sich in diesem Buch begeben, ist eine Reise in diese unsichtbare Welt. Es ist die Geschichte davon, wie die Menschheit den Vorhang vor den wahren Ursachen infektiöser Krankheiten lüftete. Diese Revolution im Verständnis geschah nicht über Nacht. Sie begann im 17. Jahrhundert mit der Arbeit früher Pioniere wie Robert Hooke und Antonie van Leeuwenhoek, die mit ihren handgefertigten Mikroskopen die ersten waren, die einen Blick auf dieses verborgene Reich der „Tierchen“ warfen. Was sie sahen, waren keine Dämonen oder Dämpfe, sondern lebende Organismen, eine Biosphäre unvorstellbaren Ausmaßes, die jenseits der Grenzen unserer natürlichen Sinne operierte. Es sollten noch zwei Jahrhunderte vergehen, bis Wissenschaftler wie Louis Pasteur und Robert Koch diese spezifischen Mikroben definitiv mit spezifischen Krankheiten in Verbindung brachten, die Keimtheorie begründeten und den Lauf der Medizin und der Menschheitsgeschichte für immer veränderten.

Dieses Buch wird Sie durch die Hauptbereiche dieser mikrobiellen Welt führen und Ihnen die Schurken-Galerie der krankheitserregenden Agenten, der Pathogene, vorstellen. Wir beginnen mit Bakterien, einzelligen Organismen, die zu den ältesten und allgegenwärtigsten Lebensformen auf der Erde zählen. Während die überwältigende Mehrheit der Bakterien harmlos oder sogar lebensnotwendig ist, besitzt ein kleiner Bruchteil die Werkzeuge, um pathogen zu werden und Krankheiten zu verursachen, die von geringfügigen Hautinfektionen bis hin zu lebensbedrohlichen Leiden wie Tuberkulose und Cholera reichen. Wir werden die genialen und oft brutalen Taktiken erforschen, die diese Bakterien anwenden, um in unsere Körper einzudringen, sich zu vermehren und Krieg gegen unsere inneren Abwehrkräfte zu führen.

Von dort aus begeben wir uns in die Welt der Viren, Entitäten, die in einem Graubereich zwischen Lebendigem und Nicht-Lebendigem existieren. Viren sind die ultimativen Entführer; kaum mehr als ein Schnipsel genetischen Codes, eingehüllt in einen Proteinkokon, können sie sich nicht selbst vermehren. Stattdessen müssen sie in unsere Zellen eindringen und die Kontrolle über deren molekulare Maschinerie an sich reißen, wodurch sie diese in Fabriken zur Produktion weiterer Viren verwandeln. Dieser Prozess zellulärer Piraterie ist verantwortlich für eine Vielzahl menschlicher Leiden, von der gewöhnlichen Erkältung bis hin zu verheerenden Pandemien, verursacht durch Influenza, HIV und aufkommende Bedrohungen wie Ebola und Zika.

Unsere Reise wird uns auch in das oft übersehene Reich der Pilze führen. Weit mehr als nur Pilze und Schimmelpilze umfasst diese vielfältige Gruppe Arten, die hartnäckige und manchmal tödliche Infektionen verursachen können, insbesondere bei Menschen, deren Abwehrkräfte geschwächt sind. Wir werden uns auch der Welt der Parasiten stellen, einem Begriff, der eine breite Palette von Organismen abdeckt, von einzelligen Protozoen wie dem Erregern wie dem, der Malaria verursacht, bis hin zu größeren, komplexeren Kreaturen wie Helminthen, also Würmern, die in unseren Körpern Quartier beziehen. Diese intimen Eindringlinge haben sich über Jahrtausende mit uns ko-evolviert und komplexe Lebenszyklen entwickelt, die unsere Körper für ihr eigenes Überleben und ihre Fortpflanzung ausnutzen. Schließlich werden wir dem seltsamsten und beunruhigendsten aller infektiösen Agenten begegnen: Prionen. Kein lebender Organismus, ist ein Prion ein fehlgefaltetes Protein, das eine Kettenreaktion der Fehlfaltung in anderen, ähnlichen Proteinen auslösen kann, was zu katastrophalen und unbehandelbaren neurologischen Schäden führt.

Natürlich handelt diese Geschichte nicht nur von den Angreifern; sie handelt auch von der Verteidigung. Für jede pathogene Strategie haben unsere Körper eine Gegenmaßnahme entwickelt. Wir werden in die erstaunliche Komplexität des menschlichen Immunsystems eintauchen, ein kompliziertes und mehrschichtiges Netzwerk aus Zellen, Geweben und Organen, das als unser Wächter gegen die ständige Bedrohung mikrobieller Invasionen steht. Es ist ein System aus Überwachung und schneller Reaktion, fähig, Freund von Feind zu unterscheiden, vergangene Begegnungen zu erinnern und präzise gezielte Angriffe gegen Eindringlinge zu starten. Das Verständnis dieser inneren Armee ist entscheidend, um sowohl zu verstehen, wie wir gesund bleiben, als auch was passiert, wenn unsere Verteidigungslinien durchbrochen werden oder – im Falle von Autoimmunerkrankungen – sich gegen uns selbst wenden.

Die Geschichte unseres Kampfes gegen infektiöse Krankheiten ist eine Chronik menschlicher Erfindungskraft. Jahrhunderte lang waren wir weitgehend machtlos. Dann, im 20. Jahrhundert, kippten zwei gewaltige Durchbrüche die Waage dramatisch zu unseren Gunsten. Der erste war die Entdeckung und Entwicklung von Antibiotika, Wundermitteln, die pathogene Bakterien mit verblüffender Effizienz abtöten konnten. Dies läutete ein goldenes Zeitalter der Medizin ein, verwandelte einst tödliche Infektionen in behandelbare Zustände und machte komplexe Operationen und Organtransplantationen möglich. Die zweite Revolution vollzog sich auf dem Gebiet der Impfung, ein Triumph der Präventivmedizin, der es uns ermöglichte, unsere Immunsysteme darauf zu trainieren, Pathogene zu erkennen und zu besiegen, ohne je die eigentliche Krankheit durchleiden zu müssen. Impfstoffe führten zur vollständigen Ausrottung der Pocken, eines der größten Killer der Geschichte, und reduzierten die Last zahlreicher anderer Krankheiten dramatisch, von Polio bis Masern.

Doch unsere Siege waren nicht absolut. Die mikrobiale Welt ist, wenn nichts sonst, anpassungsfähig. Der weitverbreitete und oft unüberlegte Einsatz von Antibiotika hat einen mächtigen Selektionsdruck erzeugt, der die Evolution von Bakterien vorantreibt, die unseren potentesten Medikamenten widerstehen können. Dies hat zum Aufkommen von antimikrobieller Resistenz (AMR) geführt, einer sich langsam zuspitzenden globalen Krise, die droht, viele der medizinischen Fortschritte des vergangenen Jahrhunderts rückgängig zu machen. Wir sehen nun der Aussicht einer post-antibiotischen Ära entgegen, in der gewöhnliche Infektionen wieder tödlich werden könnten. Diese multiresistenten Organismen, oft als „Superbugs“ bezeichnet, stellen eine der bedeutendsten öffentlichen Gesundheitsherausforderungen unserer Zeit dar.

Die Bedrohung durch infektiöse Krankheiten ist beständig und ständig im Wandel. Da die menschliche Bevölkerung wächst und Reisen globaler werden, haben sich die Gelegenheiten für neue Krankheiten, aufzutauchen und sich auszubreiten, dramatisch erhöht. Dieses Buch wird die Wissenschaft der Epidemiologie erforschen, die Disziplin, die als unsere öffentliche Gesundheits-Detektivtruppe fungiert. Epidemiologen verfolgen die Muster von Krankheiten, suchen nach der Quelle von Ausbrüchen und liefern die kritischen Daten, die öffentliche Politik und Eindämmungsbemühungen informieren. Ihre Arbeit ist essenziell im laufenden Kampf gegen sowohl alte Geißeln, die noch immer einen langen Schatten werfen, wie Tuberkulose und Cholera, als auch gegen neuartige Pathogene, die regelmäßig von Tierpopulationen überspringen, um neue Epidemien und Pandemien auszulösen.

Während sich dieses Buch auf die „Gefahren“ konzentriert, ist es essenziell, den breiteren Kontext zu bedenken. Die mikrobiale Welt ist nicht unser Feind. Im Gegenteil, Leben, wie wir es kennen, wäre ohne Mikroben unmöglich. Sie sind die großen Recycler unseres Planeten und führen essenzielle biochemische Prozesse aus, die unsere Ökosysteme erhalten. Und wie wir gesehen haben, sind die Mikroben, die in uns leben, ein vitaler Teil unserer eigenen Biologie. Die Reise durch dieses Buch wird daher auch diese komplexere und nuanciertere Beziehung berühren. Wir werden die faszinierende Welt des Darmmikrobioms und seine überraschenden Verbindungen zu allem erforschen, von unserer Stimmung bis zu unserem Risiko für chronische Krankheiten.

Die verborgenen Gefahren sind nicht nur Stoff für epische Pandemien oder exotische Tropenkrankheiten. Sie sind in unserem täglichen Leben präsent, in der Nahrung, die wir essen, und dem Wasser, das wir trinken. Wir werden die häufigen Übeltäter hinter lebensmittel- und wasserbedingten Erkrankungen untersuchen, verstehen, wie Kontamination entsteht, und die einfachen, aber lebenswichtigen öffentlichen Gesundheitsmaßnahmen, die uns vor diesen ständigen Bedrohungen schützen. Diese Reise handelt davon, eine fundamentale Naturkraft und unseren Platz in ihr zu verstehen. Es ist eine Geschichte der Entdeckung, des Konflikts, genialer Lösungen und fortdauernder Herausforderungen. Es ist die Geschichte eines Krieges, der auf einem mikroskopischen Schlachtfeld ausgetragen wird, ein Krieg, der die Menschheitsgeschichte geprägt hat und unsere Zukunft weiter definieren wird. Die Welt der Mikroben ist eine Welt verborgener Gefahren, aber sie ist auch eine Welt tiefen Staunens und Komplexität. Lassen Sie uns die Erkundung beginnen.

Bevor wir uns in die dramatische und oft erschreckende Geschichte menschlicher Krankheiten stürzen können, bevor wir das Genie der Wissenschaftler würdigen können, die unsere unsichtbaren Feinde entlarvten, und bevor wir die komplexen Schlachten verstehen können, die in unseren eigenen Körpern toben, müssen wir zunächst die Akteure kennenlernen. Der Begriff, den wir für sie verwenden – „Mikroben“ –, ist ein weiter, ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Organismen, die durch ein einziges, definierendes Merkmal vereint sind: Sie sind, mit wenigen Ausnahmen, zu klein, um mit bloßem Auge gesehen zu werden. Sie sind die dominante Lebensform auf unserem Planeten, vorhanden in Zahlen, die sich leichter Vorstellung entziehen, und an Orten, die wir einst für völlig leblos hielten. Sie sind die Architekten unserer Welt und hin und wieder die Verursacher unseres Untergangs. Dieses Kapitel ist eine Einführung in ihre Welt – ein Leitfaden zu den fundamentalen Regeln, den Hauptakteuren und dem unvorstellbaren Ausmaß des mikrobiellen Universums.

Beginnen wir mit diesem Ausmaß. Der menschliche Verstand ist nicht gut gerüstet, um das wahrhaft Winzige zu begreifen. Wir können den Unterschied zwischen einem Haus und einem Auto oder zwischen einem Auto und einer Katze verstehen, aber wenn wir auf die mikroskopische Ebene hinabsteigen, werden die Zahlen so abstrakt, dass sie ihre Bedeutung verlieren. Versuchen wir also eine Analogie. Stellen Sie sich ein einzelnes Korn gewöhnlichen Speisesalzes vor. Es ist winzig, aber Sie können es sehen, aufheben. Wenn Sie menschliche Zellen nebeneinander entlang einer Kante dieses Salzkorns aufreihen würden, würden etwa zehn davon passen. Nun wechseln wir zu Bakterien. Entlang derselben einzelnen Kante eines Salzkorns könnten Sie einhundert typische Bakterien aufreihen. Und was ist mit Viren? Sie sind noch kleiner. Es würden tausend von ihnen in einer Reihe nebeneinander nötig sein, um dieselbe Strecke zu überbrücken.

Wenn wir die Dinge hochskalieren, werden die Vergleiche noch dramatischer. Wäre ein typisches Bakterium, wie E. coli, so groß wie ein Kleinwagen, dann wäre eine einzelne menschliche Wangenzelle so groß wie ein Reisebus. Auf derselben Skala wäre ein Poliovirus etwa so groß wie ein Golfball. Der schiere Unterschied in der Größenordnung ist fundamental. Er erklärt, wie diese Organismen in solch gewaltigen Zahlen existieren können, jede erdenkliche Oberfläche und jeden Volumenraum auf dem Planeten besiedeln – einschließlich uns. Sie operieren auf einer physikalischen Ebene, die so weit von unserer eigenen entfernt ist, dass ihre bloße Existenz für den größten Teil der Geschichte nicht nur unbekannt, sondern vollkommen unvorstellbar war.

Um sich in dieser riesigen und vielfältigen Welt zurechtzufinden, brauchten Biologen ein Klassifikationssystem, einen Weg, die scheinbar unendliche Vielfalt des Lebens in kohärente Gruppen zu ordnen. Die fundamentalste Teilung in der zellulären Welt verläuft zwischen Prokaryoten und Eukaryoten. Diese Begriffe mögen technisch klingen, doch die Unterscheidung ist eine der wichtigsten in der gesamten Biologie. Es geht um Organisation. Stellen Sie sich eine eukaryotische Zelle als ein akribisch organisiertes Herrenhaus vor. Sie verfügt über einen eigenen Raum für ihren wertvollsten Besitz – ihr Erbgut, die DNA –, der in einem von Membranen umgebenen Struktur, dem Zellkern, untergebracht ist. Sie besitzt auch eine Vielzahl weiterer spezialisierter Räume und Kompartimente, bekannt als Organellen, die jeweils durch ihre eigene Membran abgetrennt sind und mit einer spezifischen Aufgabe betraut sind, wie der Energieerzeugung oder der Abfallverarbeitung. Tierische Zellen, pflanzliche Zellen und die Zellen von Pilzen sind allesamt eukaryotisch. Sie sind ein Eukaryot.

Prokaryotische Zellen hingegen ähneln eher einem Einzimmer-Appartement. Sie sind weit einfacher und im Allgemeinen viel kleiner. Alle lebenswichtigen Bestandteile sind vorhanden, aber sie vermischen sich in einem gemeinsamen Raum, dem Zytoplasma. Am wichtigsten ist: Es gibt keinen Zellkern. Das Erbgut der Zelle, typischerweise ein einzelnes ringförmiges Chromosom, schwebt frei in einem Bereich der Zelle, der als Nukleoid bezeichnet wird, ist aber nicht von einer Membran umgeben. Prokaryotische Zellen besitzen auch nicht die komplexen, membranumschlossenen Organellen, die man bei ihren eukaryotischen Pendants findet. Diese Einfachheit ist keine Schwäche; sie ist der Schlüssel zu ihrem Erfolg, da sie es ihnen ermöglicht, mit erstaunlicher Geschwindigkeit zu reproduzieren und sich im Wimpernschlag der Evolutionszeit an neue Umgebungen anzupassen. Alle Bakterien sind Prokaryoten.

Diese große Kluft zwischen dem einfachen Prokaryoten und dem komplexen Eukaryoten war jahrelang der Standard. Doch in den späten 1970er Jahren deckte ein Wissenschaftler namens Carl Woese durch die Untersuchung der Gensequenzen von Mikroorganismen eine verborgene Geschichte des Lebens auf. Er entdeckte, dass die Prokaryoten keine einzelne, einheitliche Gruppe waren. Verborgen unter ihnen befand sich eine Ansammlung von Organismen, die genetisch so stark von Bakterien abwichen, dass sie eine eigene, separate Kategorie verdienten. Er nannte sie Archaea (Archaebakterien).

Diese Entdeckung revolutionierte unser Verständnis der Evolution und führte zur Etablierung des modernen „Drei-Domänen-Systems“ des Lebens. Statt nur zweier grundlegender Zelltypen erkennen wir nun drei primäre evolutionäre Linien, oder Domänen, von denen alles Leben abstammt: die Bacteria (Bakterien), die Archaea (Archaebakterien) und die Eukarya (Eukaryoten). Die Bacteria sind die Prokaryoten, mit denen wir am vertrautesten sind; sie bewohnen Böden, Gewässer und unsere eigenen Körper. Die Archaea sind ebenfalls Prokaryoten, aber genetisch distinkt von Bakterien und berühmt dafür, „Extremophile“ zu sein – Organismen, die in Umgebungen gedeihen, die für die meisten anderen Lebensformen augenblicklich tödlich wären. Die Domäne Eukarya umfasst alle Organismen, deren Zellen einen Zellkern besitzen, von einzelligen Amöben bis hin zu Pilzen, Pflanzen und Tieren.

Wo ordnen sich die krankmachenden Mikroben in diesem großen Schema ein? Man findet sie in nahezu jedem Winkel davon. Lernen wir kurz die Hauptgruppen kennen, die „Räubergalerie“, die im Mittelpunkt der folgenden Kapitel stehen wird.

An erster Stelle stehen die Bakterien. Sie sind die quintessentiellen Mikroben, einzellige Prokaryoten, die eine der drei großen Domänen des Lebens repräsentieren. Sie treten in einer Vielzahl von Formen auf – Kugeln (Kokken), Stäbchen (Bazillen) und Spiralen (Spirillen), um nur einige zu nennen. Ihre zelluläre Struktur ist simpel: Eine robuste äußere Zellwand schützt eine Plasmamembran, die das Zytoplasma und die frei schwebende, ringförmige DNA umschließt. Bakterien finden sich in jedem Lebensraum der Erde, vom arktischen Schnee bis zum kochenden Wasser geothermischer Heißquellen. Die meisten sind für uns völlig harmlos, und viele sind essenziell für unsere Gesundheit und die des Planeten. Sie spielen kritische Rollen in Prozessen wie dem Stickstoffkreislauf und der Zersetzung. Die pathogenen Bakterien, die Krankheiten verursachen, sind eine winzige, aber beeindruckende Minderheit.

Als Nächstes kommen die Archaea. Wie wir gesehen haben, handelt es sich ebenfalls um einzellige Prokaryoten, um uralte Lebensformen, die genetisch distinkt von Bakterien sind. Sie sind die Meister des extremen Lebens. Wissenschaftler haben sie in kochenden, sauren Gewässern vulkanischer Schlote, unter dem zermalmenden Druck des Tiefseebodens, in Wasser, das fünfmal salziger ist als der Ozean, und tief gefroren im antarktischen Eis entdeckt. Ihre Fähigkeit, dort zu überleben, wo nichts anderes kann, macht sie zu einer unerschöpflichen Faszination für Wissenschaftler. Für die Zwecke dieses Buches sind sie jedoch weitgehend eine Randnotiz. Bis heute wurde kein Archaeon definitiv als humaner Erreger identifiziert. Ihre Geschichte ist eine des Überlebens, nicht der Krankheit.

Die erste Gruppe, der wir aus unserer eigenen Domäne, den Eukarya, begegnen, sind die Pilze. Dieses Reich umfasst alles von den Pilzen, die Sie vielleicht auf einer Pizza finden, bis hin zu den gewöhnlichen Schimmelpilzen, die auf altem Brot wachsen. Pilze können mehrzellig sein, wie Schimmelpilze, die Netze aus fadenförmigen Strukturen bilden, oder einzellig, wie Hefen. Anders als Pflanzen betreiben sie keine Photosynthese; stattdessen nehmen sie Nährstoffe aus ihrer Umgebung auf. Viele sind nützlich, werden beim Backen, Brauen und bei der Antibiotikaproduktion eingesetzt. Einige wenige jedoch können beim Menschen Krankheiten verursachen, die von häufigen Hautleiden wie Fußpilz bis hin zu schweren systemischen Infektionen reichen.

Ebenfalls innerhalb der Eukarya finden sich die Protisten, eine ausufernde und diverse Ansammlung einzelliger eukaryotischer Organismen. Es ist ein biologische „Rumpelkammer“, die alle Eukaryoten enthält, die weder Pflanzen, Tiere noch Pilze sind. Die Gruppe der Protisten, die für menschliche Krankheiten am relevantesten sind, sind die Protozoen. Dies sind bewegliche, einzellige Organismen, die sich oft wie winzige Tiere verhalten, andere Mikroben jagen und sammeln, um sich zu ernähren. Sie können sich mithilfe peitschenartiger Flagellen, haarartiger Cilien oder durch Ausstülpung von Körperteilen zu vorübergehenden „Füßen“, sogenannten Pseudopodien, fortbewegen. Während viele harmlose Bewohner von Boden und Wasser sind, sind einige berüchtigte Parasiten, die für verheerende Krankheiten wie Malaria, Schlafkrankheit und amöbische Ruhr verantwortlich sind.

Bisher sind alle Akteure, denen wir begegnet sind, zellulär. Sie sind unbestritten lebendig. Doch nun müssen wir eine Grenze überschreiten in ein seltsames, beunruhigendes Grau, einen Bereich, der von infektiösen Agenten bevölkert wird, denen die fundamentale Maschinerie des Lebens fehlt. Dies sind die azellulären Mikroben.

Die berühmtesten von ihnen sind die Viren. Ein Virus ist der Inbegriff des Minimalismus. Es ist keine Zelle. Die meisten Wissenschaftler betrachten Viren nicht einmal als wirklich lebende Organismen. Ein typisches Virus ist nicht mehr als ein kurzes Stück Erbmaterial – entweder DNA oder RNA –, eingehüllt in eine schützende Proteinhülle, das Kapsid. Manche besitzen zusätzlich eine äußere Lipidhülle, die sie den Zellen entwenden, die sie infizieren. Das ist alles. Sie besitzen kein Zytoplasma, keine Ribosomen, keinen Stoffwechsel. Sie können weder Energie erzeugen noch eigene Proteine produzieren. Sie sind obligate intrazelluläre Parasiten, was bedeutet, dass sie sich nur vermehren können, indem sie in eine lebende Wirtszelle eindringen. Einmal im Inneren, kapert ein Virus die zelluläre Maschinerie des Wirts, zwingt sie, ihre normalen Aufgaben zu vernachlässigen, und verwandelt sie in eine Fabrik zur Produktion tausender neuer Viren. Dieser Akt zellulärer Piraterie ist die Ursache für eine Vielzahl menschlicher Krankheiten, von der gewöhnlichen Erkältung und Influenza bis hin zu Pocken, HIV/AIDS und COVID-19.

Schließlich stoßen wir auf den bizarrsten und am kürzesten entdeckten infektiösen Agenten von allen: das Prion. Prionen dehnen unsere Definition dessen, was ein infektiöser Agent sein kann, bis an die Grenze. Sie sind keine Zellen. Sie sind nicht einmal Viren. Sie enthalten keinerlei Erbmaterial, keine DNA oder RNA. Ein Prion ist schlicht ein Protein – ein infektiöses Protein. Alle Tiere, einschließlich des Menschen, besitzen normale, harmlose Prion-Proteine in ihrem Gehirn und anderen Geweben. Ein pathogenes Prion ist eine fehlgefaltete Version dieses normalen Proteins. Die Gefahr liegt in seiner Fähigkeit, als korrumpierender Einfluss zu wirken. Wenn ein infektiöses Prion mit seinen normalen, korrekt gefalteten Pendants in Kontakt kommt, induziert es diese, sich in dieselbe abnormale, gefährliche Form umzufalten. Dies löst eine katastrophale Kettenreaktion aus, die zu einer Anhäufung abnormaler Proteinaggregate führt, die Nervenzellen zerstören und das Gehirn mit mikroskopischen Löchern durchsetzen. Die resultierenden Erkrankungen, bekannt als transmissible spongiforme Enzephalopathien, wie die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit beim Menschen und das „Rinderwahnsinn“-Syndrom (BSE) bei Rindern, sind progredient, unbehandelbar und universell tödlich.

Eines der definierenden Merkmale der mikrobiellen Welt ist ihre Ubiquität. Mikroben sind schlichtweg überall. Sie haben jeden Quadratzentimeter unseres Planeten besiedelt, von den höchsten Wolken in der Atmosphäre bis zu Gesteinsschichten, die Meilen unter der Erdkruste verborgen liegen. Man hat sie in den tiefsten Teilen des Ozeans gefunden, wo sie Drücken standhalten, die ein U-Boot zerdrücken würden. Sie leben in den hypersalinen Gewässern des Toten Meeres, in den radioaktiven Kernen von Atomreaktoren und in den trockenen, sonnenversengten Böden der Atacama-Wüste, einem der trockensten Orte der Erde. Die Gesamtzahl mikrobieller Zellen auf dem Planeten wird auf etwa 2,5 x 10^30 geschätzt, eine Zahl so groß, dass sie jenseits der Vorstellungskraft liegt. Sie sind die unsichtbare Mehrheit, und ihre kollektive Biomasse übersteigt bei weitem die aller Pflanzen und Tiere zusammen.

Dieser unglaubliche Erfolg ist in hohem Maße auf ihre metabolische Vielfalt zurückzuführen. Während wir Eukaryoten in der Art, wie wir Energie gewinnen, eher beschränkt sind – wir essen entweder Dinge oder betreiben, im Fall von Pflanzen, Photosynthese –, haben Mikroben eine erstaunliche Vielfalt chemischer Tricks entwickelt, um ihren Lebensunterhalt zu bestreiten. Es gibt Phototrophe, wie Cyanobakterien, die ihre Energie aus Licht beziehen. Es gibt Lithotrophe („Felsfresser“), die Energie aus anorganischen Verbindungen wie Eisen, Schwefel oder Ammoniak gewinnen. Und es gibt Organotrophe, die Energie aus organischen Kohlenstoffquellen beziehen, was uns einschließt, aber auch die gewaltigen Heere von Zersetzer-Mikroben, die totes organisches Material abbauen und essenzielle Nährstoffe zurück in das Ökosystem recyceln. Diese biochemische Flexibilität ermöglicht es ihnen, eine so breite Palette von Umgebungen zu besiedeln.

Das letzte Puzzleteil der mikrobiellen Welt ist ihre Fortpflanzungsmethode. Für Bakterien und Archaea ist die primäre Fortpflanzungsart ein simpler und brutal effizienter Prozess namens binäre Teilung. Eine prokaryotische Zelle muss nicht die komplexen, sorgfältig choreografierten Phasen der Mitose durchlaufen, die unsere eigenen Zellen nutzen. Stattdessen wächst die Zelle, verdoppelt ihr einzelnes ringförmiges Chromosom und teilt sich dann einfach in zwei. Der Prozess ist ein Wunderwerk an Geschwindigkeit und Einfachheit. Unter idealen Bedingungen – mit viel Wärme, Feuchtigkeit und Nährstoffen – kann ein Bakterium wie E. coli in etwa 20 Minuten von einer Zelle zu zweien werden.

Dies führt zu exponentiellem Wachstum. Eine Zelle wird zu zweien. Zwei werden zu vier. Vier werden zu acht. Nach gerade einmal sieben Stunden kann ein einziges E. coli-Bakterium eine Population von über einer Million hervorbringen. Dieses explosive Fortpflanzungspotenzial ist ein Hauptgrund, warum eine geringfügige Infektion innerhalb von Stunden oder Tagen zu einer ernsthaften, den ganzen Körper erfassenden Erkrankung werden kann. Es ist ein Zahlenspiel, und Bakterien sind seine Meister. Eukaryotische Mikroben wie Hefen und Protozoen teilen sich ebenfalls, aber ihre größere und komplexere zelluläre Struktur bedeutet, dass der Prozess im Allgemeinen langsamer verläuft. Viren natürlich spielen nach völlig anderen Regeln, indem sie auf Selbstvermehrung verzichten und stattdessen die Maschinerie anderer versklaven.

So beschaffen ist die unsichtbare Welt. Sie ist eine Welt, die um die fundamentale Spaltung zwischen dem einfachen Prokaryoten und dem komplexen Eukaryoten organisiert ist und sich weiter in die drei großen Domänen Bakterien, Archaea und Eukarya gliedert. Sie wird bevölkert von einer diversen Schar von Akteuren, von den allgegenwärtigen Bakterien und extremophilen Archaea bis hin zu den eukaryotischen Pilzen und Protozoen. Und in den grauen Grenzlanden des Lebens lauern die azellulären Agenten: die viralen Entführer und die albtraumhaften Prion-Proteine. Es ist eine Welt, die auf einer Skala operiert, die wir kaum begreifen können, angetrieben von einer unglaublichen Vielfalt an Metabolismen und aufgeladen durch die erstaunliche Geschwindigkeit der prokaryotischen Vermehrung. Die überwältigende Mehrheit dieser Organismen ist uns gegenüber indifferent oder gar unentbehrlich. Doch innerhalb dieser wimmelnden, unsichtbaren Biosphäre gibt es Ausreißer. Es gibt Arten und Stämme, die die Werkzeuge entwickelt haben, unsere Körper auszunutzen, unsere Zellen als Ressource zu nutzen, Störungen, Krankheiten und Tod zu verursachen. Dies sind die verborgenen Gefahren, und ihre Geschichten sind untrennbar mit unseren eigenen verwoben.