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VORSICHT/023: Viren - seit es Mikroskope gibt ... (SB)



Heute arbeiten Wissenschaftler und Mediziner unter großem Zeitdruck an der Entwicklung eines Impfstoffes gegen das Corona-Virus COVID-19. Obwohl das eine schwierige Aufgabe ist, können sie doch auf all die Erkenntnisse zurückgreifen, die in den vergangenen Jahrhunderten von Ärzten, Chemikern und anderen Wissenschaftlern in Erfahrung gebracht wurden.

Eine wichtige Arbeitsvoraussetzung war die Erfindung des Mikroskops. Ohne die technische Möglichkeit, Dinge und Lebewesen zu sehen, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, wären auch die winzigen Mikroorganismen nicht entdeckt worden. Aber gerade sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Krankheiten.


Die ersten Mikroskope

Die Niederländer Zacharias Janssen (1588-1631) und Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) gelten als die ersten, die sich der Vergrößerung von winzigen Objekten widmeten. Zacharias Janssen erlernte den Beruf des Optikers und damit auch das Schleifen von Brillengläsern.


Schwarz-weiß Gemälde eines Mannes mittleren Alters mit Schnauzbart - Grafik: 1655, Pierre Borel / Public domain, via Wikimedia Commons Leeuwenhoek sitzt mit einem Arm aufgestützt vor seinem Arbeitstisch - Gemälde: Jan Verkolje / Public domain, via Wikimedia Commons

Links: Porträt Zacharias Janssen
Grafik: 1655, Pierre Borel / Public domain, via Wikimedia Commons
Rechts: Antoni van Leeuwenhoek, 1632-1723
Gemälde: Jan Verkolje / Public domain, via Wikimedia Commons


Das war zu damaligen Zeiten keine einfache Angelegenheit. Nebenher experimentierte Zacharias Janssen mit Glaslinsen und bewirkte durch eine gewisse Wölbung des geschliffenen Glases einen Vergrößerungseffekt, wodurch sich kleine Objekte besser betrachten ließen. Er baute zwei dieser sogenannten Sammellinsen in eine verschiebbare Röhre, eine an das vordere, die andere an das hintere Ende. Damit war das erste Mikroskop erfunden. Doch seine Linsen wiesen Lufteinschlüsse auf und waren nicht ausreichend gebogen, um eine wirklich gute Vergrößerung zu erzielen. Dadurch traten leichte Verfälschungen in der Darstellung des betrachteten Objektes auf.

Erst Antoni van Leeuwenhoek gelang es, Linsen herzustellen, die eine starke Rundung und eine Klarheit aufwiesen. Allerdings verriet er sein Herstellungsverfahren nicht. Bis heute werden Überlegungen angestellt, wie es Leeuwenhoek unter damaligen Bedingungen gelungen war, derartige Glaslinsen anzufertigen. Anders als Zacharias Janssen verwendete er für sein Mikroskop nur eine einzige Linse. Seine Konstruktion hatte auch wenig Ähnlichkeit mit den heutigen Geräten. Seine ziemlich kleinen, klaren, kugeligen Linsen befestigte er zwischen zwei Messingplatten. Das zu untersuchende Objekt wurde vor der Linse in einer Halterung angebracht.


Zwischen zwei Messingplatten ist die winzige Linse befestigt, dazu ein Griff und eine Halterung für die Probe direkt vor der Linse - Foto: 2008, by Moira Costa, Fotografia:Teresa Llordés / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), via Wikimedia Commons

Nachbau des Leuwenhoek Mikroskops von Marc Boada
Foto: 2008, by Moira Costa, Fotografia: Teresa Llordés / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), via Wikimedia Commons


Allgemein gilt: je kleiner und kugelförmiger eine Linse ist, umso geringer ist die Brennweite und desto stärker die Vergrößerung. Auf diese Weise ließ sich der Vergrößerungsfaktor vervielfachen. Es heißt, dass er mit seinen Mikroskopen die zu untersuchenden Objekte bis zu 270fach vergrößern konnte. Etwa 500 Mikroskope soll er im Laufe seines Lebens hergestellt haben.


Leeuwenhoeks Beobachtungen unter dem Mikroskop

Eine der ersten Erfolge hatte er mit der Betrachtung roter Blutkörperchen, die er 1674 dann genauer beschrieb. Er untersuchte Regenwassertropfen, Wasser aus dem Teich und den Speichel von Menschen, worin er Bakterien entdeckte, die er in drei Kategorien unterteilte: Bazillen, Kokken und Spirillen und sie genau in Form und Erscheinungsbild beschrieb. 1677 gelang es ihm Spermazellen unter dem Mikroskop zu zeigen, selbst die von Insekten. In seiner Zeit ging man noch davon aus, dass niedere Lebewesen spontan erzeugt werden. Doch mit der Entdeckung des Spermas bei Insekten geriet diese These ins Wanken, denn nun lag es nahe anzunehmen, dass auch sie sich durch die Vereinigung von Samen- und Eizelle vermehren.


Die Grafik zeigt Zellen und Fasern des jungen Holzes, Leeuwenhoek fertigte die Zeichnung an - Grafik: Antoni van Leeuwenhoek / Public domain, via Wikimedia Commons

Darstellung eines mikroskopischen Schnitts durch ein einjähriges Eschenholz
Grafik: Antoni van Leeuwenhoek / Public domain, via Wikimedia Commons


Berühmt geworden ist seine Untersuchung des eigenen Zahnbelags, die er 1683 durchführte und eine Unzahl von Bakterien darin erkannte. Zur Gegenkontrolle nahm er auch Proben von anderen Menschen, wodurch seine Beobachtungen bestätigt werden konnten. Bemerkenswert ist, dass es erst nach etwa 250 Jahren gelang, Linsen von gleicher Qualität zu bauen wie jene von Antoni van Leeuwenhoek.

An den einzelnen Entwicklungsschritten sowie an der Verbesserung des Mikroskops waren viele Wissenschaftler aus dem 16. bis zum 19. Jahrhundert beteiligt. Dabei handelte es sich stets um ein Lichtmikroskop, bei dem das zu untersuchende Objekt entweder von unten beleuchtet oder von oben, beziehungsweise schräg angestrahlt wurde.


Im 17. Jahrhundert: Robert Hooke arbeitete seinerzeit mit einem Auflichtmikroskop. Die Skizze zeigt den Weg des Lichts auf das zu betrachtende Objekt - Grafik: 1665, by Robert Hooke / Public domain, via Wikimedia Commons

Skizze eines Mikroskops (Auflichtmikroskop)
Grafik: 1665, by Robert Hooke / Public domain, via Wikimedia Commons


Bis heute wurde das Mikroskop immer weiterentwickelt. Mit dem Elektronenmikroskop, dem Rasterelektronenmikroskop, dem Rastertunnelmikroskop oder dem Röntgenmikroskop erhält man zum Teil Ansichten selbst von atomaren Strukturen. Das heißt nicht, dass nicht auch heute noch mit dem Lichtmikroskop gearbeitet wird. Seine Beleuchtung erfolgt selbstverständlich mit elektrischem Licht und die Anordnung der Linsen ermöglicht auch hier mehrere hundertfache Vergrößerungen. Sie reichen bei bestimmten Laboruntersuchen völlig aus.

Leeuwenhoek ist nicht der Erfinder des Mikroskops, aber wahrscheinlich der erste Mensch, dem ein Blick in die Welt der Mikroorganismen gelungen ist. Bis zur heutigen Mikrobiologie war es zwar noch ein weiter Weg, den Grundstein für diese Forschung war aber bereits auch durch Leeuwenhoeks Entdeckungen gelegt.


Bakterien als Krankheitsüberträger

Zwei Wissenschaftler nutzen die Mikroskopie beinahe 200 Jahrhunderte später und haben sich damit mit der Erforschung der Bakterien und ihrer Bedeutung bei der Übertragung von Krankheiten besonders verdient gemacht: der Landarzt Robert Koch und der Chemiker, Physiker und Biochemiker Louis Pasteur. In der damaligen Zeit starben viele Tiere an Milzbrand. Robert Koch konnte die Verzweiflung der Bauern, die zum Teil seine Patienten waren, über den Verlust ihrer Rinder miterleben. Es ließ ihm keine Ruhe und er begann mit seinen Nachforschungen.

Robert Koch war im Besitz eines Mikroskops, das ihm eine genaue Betrachtung des Bluts von erkrankten Tieren ermöglichte. Darin entdeckte er das Bakterium Bacillus anthracis und erkannte in ihm den Milzbranderreger. Louis Pasteur interessierte sich ebenfalls für Milzbrand, insbesondere für die Übertragungswege, das heißt, wie und wodurch die Tiere mit dem Erreger infiziert werden. Beide Wissenschaftler unternahmen aufgrund ihrer neuen Erkenntnisse weitere Untersuchungen. Louis Pasteur entdeckte den Erreger der Tollwut, Robert Koch den der Tuberkulose. In diesem Zusammenhang befassten sie sich mit der Idee, einen Impfstoff unter anderem gegen diese Krankheiten zu entwickeln. Zwar arbeiteten sie nicht gemeinsam an diesem Problem, nutzten aber die jeweiligen Ergebnisse und Theorien des anderen als Anregung für ihre weiteren Überlegungen.

Zuvor hatte bereits ein anderer deutscher Arzt, Aloys Pollender, an der Erforschung des Milzbrands gearbeitet und seine Ergebnisse 1855 veröffentlicht. Er gilt als Entdecker des Milzbranderregers, den er bereits ca. 30 Jahre vor Robert Koch erkannte.

Am Beispiel der Erforschung der Mikroorganismen wird besonders deutlich, wie wichtig ein gegenseitiger wissenschaftlicher Austausch für die Weiterentwicklung einer Wissenschaft wie der Mikrobiologie gewesen ist. In der Folge konnten in der Erforschung und Herstellung von Impfstoffen, Heilmitteln und der Erkennung der Übertragungswegen große Erfolge erzielt werden. Krankheiten, die sich wie Seuchen ausbreiteten (Cholera, Tuberkulose, Milzbrand oder die Pest) konnten dank des neuen Wissens und entsprechender Verhaltens- und Hygienemaßnahmen eingedämmt werden.

Die Mikroskope von damals erreichten jedoch nicht die Vergrößerung, die erforderlich gewesen wäre, um Viren zu erkennen. Wie es dazu kam, wird im folgenden Artikel beschrieben, der in Kürze erscheint.

Fortsetzung folgt ...


Diesem Artikel liegen folgende Quellen zugrunde:

https://www.ndr.de/geschichte/koepfe/Robert-Koch-Die-Revolution-der-Medizin.robertkoch101.html

https://www.planet-wissen.de/natur/mikroorganismen/viren/pwiedieentdeckungderviren100.html

https://www.lichtmikroskop.net/geschichte/antoni-van-leeuwenjoek.php

https://www.lichtmikroskop.net/geschichte/zacharias-janssen.php


9. April 2020


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