Entwicklungen in der Methodik zum Nachweis von Bakterien: Von der Kultur zur Sequenzierung

Seit der Antike nahm man Bakterien nur indirekt, anhand der von ihnen erzeugten Gerüche wahr. Man kannte aber den Grund für die „schlechte Luft“, Miasmen genannt, nicht. Die erste direkte Beobachtung von Bakterien gelang Antoni van Leeuwenhoek 1683 mittels eines Mikroskops. Es dauerte ungefähr bis zum Ende des 19. Jahrhunderts, bevor man erkannte, dass auch Bakterien in getrennten Arten auftreten. Die Anzucht von Bakterienarten als Reinkulturen und deren Beschreibung begann Ende des 19. Jahrhunderts. Reinkulturen sind die Basis für die Beobachtung von Merkmalen („Phänotyp“), welche man zunächst als Grundlage für Artbeschreibungen und Identifizierung verwendete. Nach der Entdeckung der DNA als Erbmolekül stellte sich insbesondere bei den Bakterien heraus, dass das Gen für die kleine ribosomale Untereinheit, die 16S-rRNA, ein nahezu ideales Gen ist, um eine Identifizierung auf Artebene vornehmen zu können. Dies läutete ab Mitte der 1980er-Jahre eine Phase ein, in welcher Bakterienarten durch die Kombination phänotypischer und genotypischer Merkmale beschrieben wurden. Die immer noch notwendigen Reinkulturen sind oft mit weniger Aufwand und Kosten rein phänotypisch ausreichend identifizierbar (über Proteine, Enzymausstattung, Zellbestandteile usw.) als genotypisch (über 16S-rRNA-Gene, andere Gene oder das Genom). Die Erfindung von next-generation-sequencing-Methoden Anfang der 2000er-Jahre erlaubte zum ersten Mal die massive Identifizierung von Bakterien in natürlichen Mischungen (z. B. Stuhlproben), aber auch den (genetischen) Nachweis einer erheblichen Anzahl von nichtkultivierbaren Bakterien. Dies geschieht mittels der Sequenzierung möglichst aller vorhandenen 16S-rRNA-Gene oder der Sequenzierung aller vorliegenden Genome der Mischung, dem sog. Metagenom. Beide Möglichkeiten sind heute Stand der Technik, die durch neue Sequenzierungsmöglichkeiten beständig weitergetrieben wird. Diese Entwicklung veranlasste Diskussionen in der Wissenschaft ab den 2020er-Jahren, ob nicht allein das Genom ausreichend sei, um eine Art zu beschreiben – und später zu identifizieren.