Mikrobiologinen biorealuesivu Propionibacterium-suvusta
Luokitus
Korkeamman luokan taksonit:
Bakteerit; Actinobacteria; Actinobacteria (luokka); Actinobacteridae; Actinomycetales; Propionibacterineae; Propionibacteriaceae
Lajit:
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
Kuvaus ja merkitys
Propionibakteerien lajeja esiintyy kaikkialla kehossa. Propionibakteerit eivät yleensä ole patogeenisiä; kun tietyt Propionibakteerilajit kuitenkin saastuttavat verta ja muita kehon nesteitä, ne voivat aiheuttaa useita infektioita, kuten yleisen ihosairauden acne vulgaris (P. acnesin aiheuttama). Joitakin propionibakteerilajeja esiintyy elintarvikkeissa, kuten juustoissa ja muissa maitotuotteissa. P. freudenreichii -bakteeria käytetään sveitsiläisen juuston valmistuksessa sen maun ja tyypillisten reikien tuottamiseen. Maku on peräisin propionaatista, joka on käymistuote, ja reiät tai ”silmät” hiilidioksidikuplista.
Genomin rakenne
Tällä hetkellä Propionibacterium acnesin KPA1202 genomiprojekti on saatu päätökseen, ja Nocardioides sp. JS614:n genomiprojekti on käynnissä. P. acnesin koko genomisekvenssi sisältää 2333 oletettavaa geeniä, ja se paljastaa lukuisia geenituotteita, jotka osallistuvat isännän molekyylien hajottamiseen, mukaan lukien sialidaasit, neuraminidaasit, endoglykokeramidaasit, lipaasit ja huokostenmuodostajat. Lisätietoja on linkissä (yllä vasemmalla).
Solun rakenne ja aineenvaihdunta
Propionibakteerit ovat hitaasti kasvavia, itiöitä muodostamattomia, grampositiivisia, anaerobisia bakteereja. Ne voivat olla sauvamaisia tai haaroittuneita ja esiintyä yksittäin, pareittain tai ryhmissä. Ne tuottavat yleensä glukoosista maitohappoa, propionihappoa ja etikkahappoa.
Yksi Propionibacterium-laji, P. freudenreichii (jota käytetään sveitsiläisten juustojen valmistuksessa), näyttää olevan riippuvainen vapaista aminohapoista ja peptideistä, jotka valmistetaan juustossa kaseiinia hajottamalla Lactobacillus-proteolyyttisten entsyymien avulla (McCarthy ja Courtney). P. freudenreichii tuottaa hiilidioksidia, joka tekee reikiä sveitsiläiseen juustoon. Glukoosin hajottamisesta syntyvä propionihappo antaa sveitsiläiselle juustolle ominaisen maun.
Ekologia
Vaikka Propionibacterium acnes -bakteeria voi löytyä esipuberteettisten ihmisten iholta, todellinen kolonisaatio alkaa itse asiassa 1-3 vuotta ennen sukukypsymistä. Bakteerien määrä nousee alle 10/cm2:stä 106:een/cm2 (lähinnä kasvoilla ja niitä ympäröivillä alueilla). Myös P. granulosum asustaa yleensä samoilla alueilla kuin P. acnes, mutta noin sadasosalla P. acnesin solumääristä. Lisäksi P. acnesin ja P. granulosumin tiedetään kuuluvan ruoansulatuskanavan mikrobiflooraan.
Propionibacterium jensenii:n ja Lactobacillus paracasei subsp. paracasei:n sekaviljelmässä on osoitettu estävän hiivoja ja muita mikrobeja, jotka aiheuttavat elintarvikkeiden pilaantumista maitotuotteissa, kuten jogurtissa ja juustossa. Itse asiassa ne estävät näitä mikrobeja jopa 5 suuruusluokkaa jääkaappilämpötiloissa (6oC) ilman, että elintarvikkeiden laatu muuttuu. Bakteeriseos tehoaa joihinkin hiivoihin, homeisiin ja gramnegatiivisiin bakteereihin, mutta ei muihin grampositiivisiin bakteereihin. Propionibacterium sp. -bakteerin estoaktiivisuutta koskevissa testeissä soluttomat supernatantit, jotka sisältävät käymistuotteina syntyviä orgaanisia happoja, eivät estäneet hiivoja ja homeita yhtä tehokkaasti kuin solut. Siksi oletettiin, että jokin solujen ja P. jensenii ja L. paracasei subsp. paracasei vuorovaikutuksessa käynnissä olevissa prosesseissa esti muiden mikrobien kasvua niiden tuottamien happojen estokyvyn lisäksi (Schwenninger 2004).
Patologia
Kolme erityyppistä ei-tulehduksellista vauriotyyppiä, jotka johtuvat siitä, että P. acnes -bakteereita kerääntyy tukkeutuneisiin follikkeliin. From NIAMS
Acne vulgaris on yleisin P. acnesin aiheuttama sairaus. Yleisimmin kasvojen, kaulan ja selän alueilla esiintyvän aknen neljä patofysiologista piirrettä ovat hyperkeratinaatio, talintuotanto, bakteerien lisääntyminen ja tulehdus. Aknessa syntyvien vaurioiden kolme luokkaa ovat ei-tulehdukselliset vauriot, tulehdukselliset vauriot ja arvet. Kolme ei-tulehduksellista vauriota ovat mikrokomeedot, avoimet komeedot, joissa on keskellä keratiinin ja lipidin kerrostuma ja jotka voivat olla hieman koholla tai olla kohoamatta, ja suljetut komeedot, jotka ovat hieman koholla olevia papuloita, jotka voivat mahdollisesti muodostua suuremmaksi tulehdukselliseksi vaurioksi. Tulehduksellisiin leesioihin kuuluvat pahentuneet leesiot, kuten märkärakkulat ja suuret, vaihtelevat kyhmyt.
Propionibakteerien on tiedetty aiheuttavan, vaikkakin harvoin, aivojen abskesseja, subduraaliempyseemaa, hammasinfektioita, endokardiittia, jatkuvaa ambulatorista vatsakalvodialyysiä, piilolinsseihin liittyvää sidekalvotulehdusta ja vatsakalvotulehduksia (luettelo eMedicine-verkkopalvelusta). P. acnes liittyy myös useisiin erityyppisiin infektioihin ja terveysongelmiin, kuten proteesiniveliin liittyvään anaerobiseen niveltulehdukseen ja osteomyeliittitapauksiin (harvoin). P. acnes liittyy myös tiettyihin spondyloartropatioihin, joihin liittyy florid acne vulgaris (eristetty luupesäkkeistä ja nivelistä), ja se on eristetty endokardiitin aiheuttajaksi (harvoin), ja sen on raportoitu aiheuttavan infektiivistä keratiittia sarveiskalvon vaurioituessa, mikä voi johtaa näön menetykseen.
Propionibacterium-lajeja voidaan yleensä hoitaa anaerobisten infektioiden hoitoon käytettävillä antibiooteilla; tällaisia antibiootteja ovat penisilliinit, karbapeneemit ja klindamysiini. Viime aikoina on kuitenkin raportoitu P. acnesin antibioottiresistenssistä.
Faagit
Vähän viime aikoihin asti vain Ff-sukuisten faagien tiedettiin olevan aktiivisia grampositiivisissa bakteereissa; ainakin viiden filamenttisen morfologian omaavan faagin on kuitenkin osoitettu olevan aktiivisia P. freudenreichii -bakteerissa. Filamenttiset faagit, jotka ovat sauvamaisia ja sisältävät ympyränmuotoista yksijuosteista DNA:ta (noin 10 geeniä), infektoivat yleensä gramnegatiivisia bakteereja käyttämällä virionimorfogeneesiä, jossa hiukkasia, jotka eivät aiheuta lyysiä tai solukuolemaa, erittyy jatkuvasti bakteerikalvojen läpi. Filamenttisen faagin viisi rakenneproteiinia ovat seuraavat: tärkein päällysproteiini (pVIII), joka muodostaa putken faagin ulkokerroksessa, kaksi proteiinia (pVII ja pIX), joita käytetään tehokkaaseen hiukkasten kokoamiseen, ja kaksi proteiinia (pVI ja pIII), joita käytetään hiukkasten vakauteen ja faagin kykyyn infektoida bakteereja. Neljä viimeistä proteiinia (pVII, pIX, pVI ja pIII) sijaitsevat sauvamaisen faagin päissä. Kaksi muuta proteiinia, joita yleensä esiintyy tämäntyyppisissä faageissa (pI ja pIV), tarvitaan faagin kokoamiseen ja vientiin. Yksi P. freudenreichii -bakteeria infektoivista filamenttifaageista sisältää 5 806 emäksen ssDNA:n ja sen G-C-pitoisuus on 64 %, mikä on samanlainen kuin P. freudenreichii -bakteerin G-C-pitoisuus. Tämä faagi ei sisällä pIV:n kaltaista proteiinia, joka nimenomaan avustaa ulkokalvon faagia johtavaa kanavaa. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että koska tämä faagi infektoi grampositiivisia bakteereja, joilla ei ole ulkokalvoja, proteiinia ei tarvita. (Chopin ym. 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 ja Michel Gautier. 2002. ”Gram-positiiviseen Propionibacterium freudenreichii -bakteeriin vaikuttava filamenttinen faagi”. Journal of Bacteriology, vol. 184, nro 7. American Society for Microbiology. (2030-2033)
Handa, Sajeev. ”Propionibakteeri-infektiot”. 2002. eMedicine
McCarthy, R. J. ja P. Courtney. 2004. ”Meijerin Propionibacterium-kantojen aminohappovaatimukset”. Ohio State University.
NIAMS: Health Topics:
Schwenninger, Susanne Miescher ja Leo Meile. 2004. ”Propionibacterium jensenii ja Lactobacillus paracasei subsp. paracasei -seosviljelmä estää elintarvikkeiden pilaantumishiivoja.” Systematic and Applied Microbiology, vol. 27, nro 2. Urban ja Fischer. (229-237)