Eine mikrobielle Biorealm-Seite über die Gattung Propionibacterium
Klassifikation
Taxa höherer Ordnung:
Bakterien; Actinobacteria; Actinobacteria (Klasse); Actinobacteridae; Actinomycetales; Propionibacterineae; Propionibacteriaceae
Arten:
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
Beschreibung und Bedeutung
Spezies von Propionibakterien können überall im Körper vorkommen. Propionibakterien sind im Allgemeinen nicht pathogen; wenn jedoch bestimmte Arten von Propionibakterien in Blut und andere Körperflüssigkeiten gelangen, können sie eine Reihe von Infektionen verursachen, darunter die häufige Hautkrankheit Akne vulgaris (verursacht durch P. acnes). Einige Arten von Propionibakterien finden sich in Lebensmitteln wie Käse und anderen Milchprodukten. P. freudenreichii wird bei der Herstellung von Schweizer Käse verwendet, um dessen Geschmack und charakteristische Löcher zu erzeugen. Das Aroma stammt von Propionat, einem Fermentationsprodukt, und die Löcher oder „Augen“ von Kohlendioxidblasen.
Genomstruktur
Zurzeit gibt es ein Genomprojekt, das für Propionibacterium acnes KPA1202 abgeschlossen ist, und ein weiteres, das für Nocardioides sp. JS614 läuft. Die gesamte Genomsequenz von P. acnes umfasst 2333 mutmaßliche Gene und zeigt zahlreiche Genprodukte, die am Abbau von Wirtsmolekülen beteiligt sind, darunter Sialidasen, Neuraminidasen, Endoglycoceramidasen, Lipasen und porenbildende Faktoren. Für weitere Informationen siehe Links (oben, links).
Zellstruktur und Stoffwechsel
Propionibakterien sind langsam wachsende, nicht sporenbildende, Gram-positive, anaerobe Bakterien. Sie können stäbchenförmig oder verzweigt sein und einzeln, paarweise oder in Gruppen auftreten. Sie produzieren im Allgemeinen Milchsäure, Propionsäure und Essigsäure aus Glukose.
Eine Art von Propionibacterium, P. freudenreichii (in der Schweizer Käseherstellung verwendet), scheint auf freie Aminosäuren und Peptide angewiesen zu sein, die im Käse durch den Abbau von Kasein durch proteolytische Enzyme von Lactobacillus entstehen (McCarthy und Courtney). P. freudenreichii produziert Kohlendioxid, das die Löcher im Schweizer Käse verursacht. Die Propionsäure, die beim Abbau von Glukose entsteht, verleiht dem Schweizer Käse seinen charakteristischen Geschmack.
Ökologie
Obwohl Propionibacterium acnes auf der Haut vorpubertärer Menschen zu finden ist, beginnt die eigentliche Besiedlung 1 bis 3 Jahre vor der Geschlechtsreife. Die Anzahl der Bakterien steigt von weniger als 10/cm2 auf 106/cm2 (vor allem im Gesicht und den umliegenden Bereichen). P. granulosum besiedelt im Allgemeinen dieselben Bereiche wie P. acnes, jedoch mit etwa einem Hundertstel der Anzahl der P. acnes-Zellen. Außerdem sind P. acnes und P. granulosum als Teil der mikrobiellen Flora des Magen-Darm-Trakts bekannt.
Propionibacterium jensenii und Lactobacillus paracasei subsp. paracasei in einer Mischkultur hemmen nachweislich Hefen und andere Mikroben, die den Verderb von Lebensmitteln in Milchprodukten wie Joghurt und Käse verursachen. Tatsächlich hemmen sie diese Mikroben bei Kühlschranktemperaturen (6oC) um bis zu 5 Größenordnungen, ohne die Qualität der Lebensmittel zu beeinträchtigen. Die Bakterienmischung ist gegen einige Hefen, Schimmelpilze und gramnegative Bakterien wirksam, nicht aber gegen andere grampositive Bakterien. Bei den Tests zur Hemmwirkung von Propionibacterium sp. waren die zellfreien Überstände, die die organischen Säuren enthalten, die Produkte der Fermentation sind, bei der Hemmung der Hefen und Schimmelpilze nicht so wirksam wie die Zellen. Daher wurde angenommen, dass etwas über die laufenden Prozesse der Zellen und die Interaktion von P. jensenii und L. paracasei subsp. paracasei das Wachstum anderer Mikroben zusätzlich zu den Hemmungsfähigkeiten der von ihnen produzierten Säuren hemmte (Schwenninger 2004).
Pathologie
Die drei Arten von nicht entzündlichen Läsionen, die durch die Ansammlung von P. acnes in verstopften Follikeln verursacht werden. Aus NIAMS
Acne vulgaris ist die häufigste durch P. acnes verursachte Krankheit. Die vier pathophysiologischen Merkmale der Akne, die am häufigsten im Gesicht, am Hals und am Rücken auftritt, sind Hyperkeratinisierung, Talgproduktion, bakterielle Vermehrung und Entzündung. Die drei Kategorien von Läsionen, die bei Akne entstehen, sind nicht-entzündliche Läsionen, entzündliche Läsionen und Narben. Zu den drei nicht entzündlichen Läsionen gehören Mikrokomedos, offene Komedos, die eine zentrale Ansammlung von Keratin und Lipiden aufweisen und leicht erhaben sein können oder auch nicht, und geschlossene Komedos, bei denen es sich um leicht erhabene Papeln handelt, die sich möglicherweise zu einer größeren entzündlichen Läsion entwickeln können. Zu den entzündlichen Läsionen gehören auch verschlimmerte Läsionen wie Pusteln und große, fluktuierende Knötchen.
Propionibakterien sind, wenn auch selten, als Verursacher von Hirnabszessen, subduralem Empyem, Zahninfektionen, Endokarditis, kontinuierlicher ambulanter Peritonealdialyse, Bindehautentzündung in Verbindung mit Kontaktlinsen und Peritonitits bekannt (Liste aus eMedicine). P. acnes wird auch mit verschiedenen Arten von Infektionen und Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht, z. B. mit anaerober Arthritis im Zusammenhang mit Gelenkprothesen und (selten) mit Osteomyelitits. P. acnes wird auch mit bestimmten Spondyloarthropathien in Verbindung gebracht, die mit florider Akne vulgaris einhergehen (isoliert aus Knochenherden und Gelenken), und wurde als Ursache für Endokarditis (selten) isoliert und als Ursache für infektiöse Keratitis berichtet, wenn die Hornhaut geschädigt ist, was zu Sehkraftverlust führen kann.
Propionibacterium-Arten können im Allgemeinen mit Antibiotika behandelt werden, die zur Behandlung von anaeroben Infektionen eingesetzt werden; zu diesen Antibiotika gehören Penicilline, Carbapeneme und Clindamycin. In letzter Zeit wurde jedoch über Antibiotikaresistenzen bei P. acnes berichtet.
Phagen
Bis vor kurzem war nur von Ff-verwandten Phagen bekannt, dass sie in Gram-positiven Bakterien aktiv sind; es wurde jedoch gezeigt, dass mindestens fünf Phagen mit filamentöser Morphologie in P. freudenreichii aktiv sind. Filamentöse Phagen, die stäbchenförmig sind und zirkuläre einzelsträngige DNA (etwa 10 Gene) enthalten, infizieren Gram-negative Bakterien in der Regel mit Hilfe der Virion-Morphogenese, bei der Partikel, die keine Lyse oder Zelltod verursachen, kontinuierlich durch die bakteriellen Membranen sezerniert werden. Die fünf Strukturproteine eines filamentösen Phagen sind wie folgt: das Haupt-Hüllprotein (pVIII), das die Röhre auf der äußeren Schicht des Phagen bildet, zwei Proteine (pVII und pIX), die für eine effiziente Partikelzusammensetzung sorgen, und zwei Proteine (pVI und pIII), die für die Stabilität der Partikel und die Fähigkeit des Phagen, Bakterien zu infizieren, verantwortlich sind. Die letzten vier Proteine (pVII, pIX, pVI und pIII) befinden sich an den Enden des stäbchenförmigen Phagen. Zwei weitere Proteine, die in der Regel bei dieser Art von Phagen zu finden sind (pI und pIV), sind für den Zusammenbau und den Export der Phagen erforderlich. Einer der filamentösen Phagen, der P. freudenreichii infiziert hat, enthält eine ssDNA von 5.806 Basen und hat einen G-C-Gehalt von 64 %, der dem G-C-Gehalt von P. freudenreichii ähnelt. Dieser Phage enthält kein pIV-ähnliches Protein, das spezifisch am Phagenleitkanal der Außenmembran mitwirkt. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass dieses Protein nicht benötigt wird, da dieser Phage Gram-positive Bakterien infiziert, die keine Außenmembranen besitzen. (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, and Michel Gautier. 2002. „Filamentous phage active on the Gram-positive bacterium Propionibacterium freudenreichii“. Journal of Bacteriology, Bd. 184, Nr. 7. American Society for Microbiology. (2030-2033)
Handa, Sajeev. „Propionibacterium Infections.“ 2002. eMedicine
McCarthy, R. J., and P. Courtney. 2004. „Amino acid requirements of dairy Propionibacterium strains“. Ohio State University.
NIAMS: Health Topics: Akne.
Schwenninger, Susanne Miescher, and Leo Meile. 2004. „Eine Mischkultur aus Propionibacterium jensenii und Lactobacillus paracasei subsp. paracasei hemmt lebensmittelverderbende Hefen.“ Systematische und angewandte Mikrobiologie, Bd. 27, Nr. 2. Urban und Fischer. (229-237)