En side om det mikrobielle biorealm om slægten Propionibacterium
Klassifikation
Taxa af højere orden:
Bakterier; Actinobakterier; Actinobakterier (klasse); Actinobacteridae; Actinomycetales; Propionibacterineae; Propionibacteriaceae
Species:
Propionibacterium acidipropionici; P. acnes; P. australiense; P. avidum; P. cyclohexanicum; P. freudenreichii; P. granulosum; P. jensenii; P. microaerophilum; P. propionicum; P. thoenii; P. sp.
NCBI: Taxonomy Genome: -Nocardioides sp. JS614 -Propionibacterium acnes KPA171202
Beskrivelse og betydning
Arter af Propionibakterier kan findes over hele kroppen. Propionibakterier er generelt ikke patogene; men når visse arter af Propionibakterier kontaminerer blod og andre kropsvæsker, kan de forårsage en række infektioner, herunder den almindelige hudsygdom acne vulgaris (forårsaget af P. acnes). Nogle arter af Propionibakterier findes i fødevarer som f.eks. ost og andre mejeriprodukter. P. freudenreichii anvendes i fremstillingen af schweizerost til at producere dens smag og karakteristiske huller. Smagen stammer fra propionat, et gæringsprodukt, og hullerne eller “øjnene” stammer fra kuldioxidbobler.
Genomstruktur
På nuværende tidspunkt er et genomprojekt om Propionibacterium acnes KPA1202 afsluttet, og der er et om Nocardioides sp. JS614 undervejs. Hele genomsekvensen af P. acnes omfatter 2333 putative gener og afslører talrige genprodukter, der er involveret i nedbrydning af værtsmolekyler, herunder sialidaser, neuraminidaser, endoglycoceramidaser, lipaser og poreformende faktorer. For yderligere oplysninger se links (ovenfor, til venstre).
Cellestruktur og metabolisme
Propionibakterier er langsomt voksende, ikke-sporeformende, Gram-positive, anaerobe bakterier. De kan være stavformede eller forgrenede og kan forekomme enkeltvis, parvis eller i grupper. De producerer generelt mælkesyre, propionsyre og eddikesyre fra glukose.
En art af Propionibacterium, P. freudenreichii (der anvendes til fremstilling af schweizisk ost), synes at være afhængig af frie aminosyrer og peptider, der er fremstillet i osten ved kaseinnedbrydning af Lactobacillus proteolytiske enzymer (McCarthy og Courtney). P. freudenreichii producerer kuldioxid, som skaber hullerne i schweizerost. Den propionsyre, der produceres ved nedbrydning af glukose, er det, der giver schweizerost sin karakteristiske smag.
Ekologi
Og selv om Propionibacterium acnes kan findes på huden hos præpubertære mennesker, begynder den egentlige kolonisering faktisk 1 til 3 år før den seksuelle modning. Antallet af bakterier stiger fra mindre end 10/cm2 til 106/cm2 (mest i ansigtet og de omkringliggende områder). P. granulosum bebor også de samme generelle områder som P. acnes, men med omkring en hundrededel af antallet af P. acnes-celler. Desuden er P. acnes og P. granulosum kendt for at være en del af den mikrobielle flora i mave-tarmkanalen.
Propionibacterium jensenii og Lactobacillus paracasei subsp. paracasei i en blandet kultur har vist sig at hæmme gær og andre mikrober, der forårsager madforringelse i mejeriprodukter som yoghurt og ost. Faktisk hæmmer de disse mikrober med op til 5 størrelsesordener ved køleskabstemperaturer (6oC) uden at ændre fødevarekvaliteten. Bakterieblandingen er effektiv mod visse gær, skimmelsvampe og Gram-negative bakterier, men ikke mod andre Gram-positive bakterier. Under test af Propionibacterium sp.’s hæmningsaktiviteter var cellefri supernatanter, der indeholder de organiske syrer, som er fermenteringsprodukter, ikke lige så effektive til at hæmme gær og skimmelsvampe som cellerne var. Derfor blev det antaget, at noget ved de igangværende processer i cellerne og samspillet mellem P. jensenii og L. paracasei subsp. paracasei hindrede andre mikrobers vækst ud over de hæmmeevner, som de producerede syrer har (Schwenninger 2004).
Patologi
De tre typer af ikke-inflammatoriske læsioner forårsaget af ophobning af P. acnes i tilstoppede follikler. Fra NIAMS
Acne vulgaris er den mest almindelige sygdom forårsaget af P. acnes. De fire patofysiologiske træk ved akne, som oftest forekommer i ansigtet, på halsen og ryggen, er hyperkeratiniation, talgproduktion, bakterieproliferation og inflammation. Der er tre kategorier af læsioner, der dannes under akne, nemlig ikke-inflammatoriske læsioner, inflammatoriske læsioner og ar. De tre ikke-inflammatoriske læsioner omfatter mikrokomedos, åbne komedos, som har en central indpakning af keratin og lipid og måske eller måske ikke er let forhøjede, og lukkede komedos, som er let forhøjede papler, der muligvis kan blive til en større inflammatorisk læsion. Inflammatoriske læsioner omfatter mere forværrede læsioner såsom pustler og store, fluktuerende knuder.
Propionibakterier er kendt for, om end sjældent, at forårsage hjerneabscesser, subduralt empyem, tandinfektioner, endokarditis, kontinuerlig ambulant peritonealdialyse, konjunktivitis i forbindelse med kontaktlinser og peritonititer (liste fra eMedicine). P. acnes er også forbundet med flere typer infektioner og sundhedsproblemer som f.eks. anaerob arthritis i forbindelse med ledproteser og tilfælde af osteomyelititer (sjældent). P. acnes er også forbundet med visse spondyloarthropatier i forbindelse med florid acne vulgaris (isoleret fra knoglefoci og led), og er blevet isoleret som årsag til endokarditis (sjældent) og rapporteret som årsag til infektiøs keratitis, når cornea er kompromitteret, hvilket kan føre til synstab.
Propionibacterium-arter kan generelt behandles med antibiotika, der anvendes til behandling af anaerobe infektioner; sådanne antibiotika omfatter penicilliner, carbapenemer og clindamycin. For nylig er der imidlertid blevet rapporteret om antibiotikaresistens hos P. acnes.
Fager
Der var indtil for nylig kun Ff-relaterede fager kendt for at være aktive i Gram-positive bakterier; imidlertid blev mindst fem fager med filamentøs morfologi vist at være aktive i P. freudenreichii. Filamentøse fager, som er stavformede og indeholder cirkulært enkeltstrenget DNA (ca. 10 gener), inficerer generelt Gram-negative bakterier ved hjælp af virionmorfogenese, hvor partikler, som ikke forårsager lysis eller celledød, udskilles kontinuerligt gennem bakteriemembranerne. De fem strukturelle proteiner i en filamentøs fage er følgende: det vigtigste kappeprotein (pVIII), der danner røret på fagenes ydre lag, to proteiner (pVII og pIX), der anvendes til effektiv partikelopsamling, og to proteiner (pVI og pIII), der anvendes til partikelstabilitet og til fagenes evne til at inficere bakterier. De sidste fire proteiner (pVII, pIX, pVI og pIII) er placeret i enderne af den stavformede fage. To andre proteiner, der normalt findes i denne type fager (pI og pIV), er nødvendige for samling og eksport af fagen. En af de filamentøse fager, der er fundet til at inficere P. freudenreichii, indeholder et ssDNA på 5.806 baser og har et G-C-indhold på 64 %, hvilket svarer til G-C-indholdet i P. freudenreichii. Denne fage indeholder ikke et protein, der ligner pIV, som specifikt hjælper til i den ydre membranfagets ledningskanal. Dette skyldes sandsynligvis, at da denne fage inficerer Gram-positive bakterier, som ikke har nogen ydre membraner, er der ikke brug for dette protein. (Chopin, et al. 2002)
Bruggemann H, Henne A, Hoster F, Liesegang H, Wiezer A, Strittmatter A, Hujer S, Durre P, Gottschalk G. The complete genome sequence of Propionibacterium acnes, a commensal of human skin. Science. 2004 Jul 30;305(5684):671-3.
Chopin, Marie-Christine, Annette Rouault, S. Dusko Ehrlich, og Michel Gautier. 2002. “Filamentøs fage, der er aktiv på den Gram-positive bakterie Propionibacterium freudenreichii.” Journal of Bacteriology, vol. 184, no. 7. American Society for Microbiology. (2030-2033)
Handa, Sajeev. “Propionibacterium-infektioner.” 2002. eMedicine
McCarthy, R. J., og P. Courtney. 2004. “Aminosyrebehov hos Propionibacterium-stammer fra mælkeproducenter.” Ohio State University.
NIAMS: Health Topics: Acne.
Schwenninger, Susanne Miescher, og Leo Meile. 2004. “En blandingskultur af Propionibacterium jensenii og Lactobacillus paracasei subsp. paracasei hæmmer fødevarebeskadigelsesgær.” Systematic and Applied Microbiology, vol. 27, no. 2. Urban og Fischer. (229-237)