Een Microbiële Biorealm-pagina over het geslacht Propionibacterium
Classificatie
Hogere orde taxa:
Bacteriën; Actinobacteria; Actinobacteria (klasse); Actinobacteridae; Actinomycetales; Propionibacterineae; Propionibacteriaceae
Soorten:
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
Beschrijving en betekenis
Soorten Propionibacteria kunnen overal op het lichaam worden aangetroffen. Propionibacteriën zijn over het algemeen niet pathogeen; wanneer bepaalde soorten Propionibacteriën echter bloed en andere lichaamsvloeistoffen besmetten, kunnen zij een aantal infecties veroorzaken, waaronder de gewone huidziekte acne vulgaris (veroorzaakt door P. acnes). Sommige soorten Propionibacteria worden aangetroffen in voedsel zoals kaas en andere zuivelproducten. P. freudenreichii wordt gebruikt bij de productie van Zwitserse kaas om zijn smaak en karakteristieke gaten te produceren. De smaak is afkomstig van propionaat, een fermentatieproduct, en de gaatjes of “ogen” van kooldioxidebelletjes.
Genoomstructuur
Er is momenteel één genoomproject voltooid over Propionibacterium acnes KPA1202, en er is er één in uitvoering over Nocardioides sp. JS614. De volledige genoomsequentie van P. acnes omvat 2333 vermoedelijke genen en onthult talrijke genproducten die betrokken zijn bij de afbraak van gastheermoleculen, waaronder sialidases, neuraminidases, endoglycoceramidases, lipases en porievormende factoren. Voor meer informatie zie links (boven, links).
Celstructuur en stofwisseling
Propionibacteriën zijn traaggroeiende, niet-sporeformerende, Gram-positieve, anaërobe bacteriën. Ze kunnen staafvormig of vertakt zijn en kunnen alleen, in paren of in groepen voorkomen. Ze produceren over het algemeen melkzuur, propionzuur en azijnzuur uit glucose.
Een soort Propionibacterium, P. freudenreichii (gebruikt bij de productie van Zwitserse kaas), lijkt afhankelijk te zijn van vrije aminozuren en peptiden die in de kaas worden gemaakt door caseïne-afbraak van Lactobacillus proteolytische enzymen (McCarthy en Courtney). P. freudenreichii produceert koolstofdioxide, waardoor de gaten in de Zwitserse kaas ontstaan. Het propionzuur dat ontstaat bij het afbreken van glucose geeft Zwitserse kaas zijn karakteristieke smaak.
Ecologie
Hoewel Propionibacterium acnes op de huid van prepuberende mensen kan worden aangetroffen, begint de werkelijke kolonisatie eigenlijk 1 tot 3 jaar voor de geslachtsrijpheid. Het aantal bacteriën stijgt van minder dan 10/cm2 tot 106/cm2 (vooral in het gezicht en de omliggende gebieden). P. granulosum bewoont ook dezelfde algemene gebieden als P. acnes, maar op ongeveer een honderdste van het aantal P. acnes cellen. Bovendien is bekend dat P. acnes en P. granulosum deel uitmaken van de microbiële flora van het maagdarmkanaal.
Propionibacterium jensenii en Lactobacillus paracasei subsp. paracasei in een gemengde cultuur blijken gisten en andere microben te remmen die voedselbederf veroorzaken in zuivelproducten zoals yoghurt en kaas. Bij koelkasttemperaturen (6oC) remmen ze deze microben zelfs tot 5 ordes van grootte, zonder dat de kwaliteit van het voedsel verandert. Het bacteriemengsel is werkzaam tegen sommige gisten, schimmels en Gram-negatieve bacteriën, maar niet tegen andere Gram-positieve bacteriën. Bij de proeven met de remmende werking van Propionibacterium sp. waren celvrije supernatanten die de organische zuren bevatten die het product zijn van fermentatie, niet zo effectief in het remmen van de gisten en schimmels als de cellen dat waren. Daarom werd aangenomen dat iets van de lopende processen van de cellen en de interactie tussen P. jensenii en L. paracasei subsp. paracasei de groei van andere microben remde, naast het remmend vermogen van de zuren die ze produceren (Schwenninger 2004).
Pathologie
De drie typen niet-inflammatoire laesies die worden veroorzaakt door de ophoping van P. acnes in verstopte follikels. Uit NIAMS
Acne vulgaris is de meest voorkomende ziekte die door P. acnes wordt veroorzaakt. De vier pathofysiologische kenmerken van acne, die het vaakst voorkomt in het gezicht, in de hals en op de rug, zijn hyperkeratinisatie, talgproductie, bacteriële proliferatie en ontsteking. Drie categorieën van laesies die bij acne ontstaan zijn niet-ontstekingslaesies, ontstekingslaesies en littekens. Tot de drie niet-ontstekingslaesies behoren microcomedos, open comedos, die een centrale impactie van keratine en lipide hebben en al dan niet lichtjes verheven zijn, en gesloten comedos, die lichtjes verheven papels zijn die zich mogelijk tot een grotere ontstekingslaesie kunnen vormen. Ontstekingslaesies omvatten meer verergerde laesies zoals pustels en grote, fluctuerende knobbels.
Propionibacteriën zijn bekend als veroorzaker, hoewel zeldzaam, van hersenabcessen, subduraal empyema, tandheelkundige infecties, endocarditis, continue ambulante peritoneale dialyse, conjunctivitis geassocieerd met contactlenzen, en peritonitits (lijst uit eMedicine). P. acnes wordt ook geassocieerd met verschillende soorten infecties en gezondheidsproblemen zoals anaerobe artritis geassocieerd met prothese gewrichten, en gevallen van osteomyelitits (zeldzaam). P. acnes wordt ook in verband gebracht met bepaalde spondyloartropathieën die gepaard gaan met fleurige acne vulgaris (geïsoleerd uit botfragmenten en gewrichten), en is geïsoleerd als oorzaak van endocarditis (zelden) en gerapporteerd als oorzaak van infectieuze keratitis wanneer het hoornvlies is aangetast, wat kan leiden tot verlies van gezichtsvermogen.
Propionibacterium species kan in het algemeen worden behandeld met antibiotica die worden gebruikt voor de behandeling van anaërobe infecties; dergelijke antibiotica omvatten penicillines, carbapenems, en clindamycine. Recentelijk zijn er echter berichten over antibioticaresistentie bij P. acnes.
Phages
Tot voor kort waren alleen Ff-gerelateerde fagen bekend die actief zijn in Gram-positieve bacteriën; van ten minste vijf fagen met filamenteuze morfologie is echter aangetoond dat ze actief zijn in P. freudenreichii. Draadvormige fagen, die staafvormig zijn en circulair enkelstrengs DNA bevatten (ongeveer 10 genen), infecteren in het algemeen Gram-negatieve bacteriën met behulp van virionmorfogenese, waarbij deeltjes die geen lysis of celdood veroorzaken voortdurend over de bacteriële membranen worden uitgescheiden. De vijf structurele eiwitten van een filamenteuze faag zijn de volgende: het voornaamste manteleiwit (pVIII) dat de buis vormt op de buitenste laag van de faag, twee eiwitten (pVII en pIX) die worden gebruikt voor efficiënte deeltjesassemblage, en twee eiwitten (pVI en pIII) die worden gebruikt voor de deeltjesstabiliteit en het vermogen van de faag om bacteriën te infecteren. De laatste vier eiwitten (pVII, pIX, pVI, en pIII) bevinden zich aan de uiteinden van de staafvormige faag. Twee andere eiwitten die gewoonlijk in dit type faag worden aangetroffen (pI en pIV) zijn vereist voor de assemblage en export van de faag. Eén van de filamenteuze fagen die P. freudenreichii blijkt te infecteren, bevat een ssDNA van 5.806 basen en heeft een G-C-gehalte van 64%, wat vergelijkbaar is met het G-C-gehalte van P. freudenreichii. Deze faag bevat geen eiwit vergelijkbaar met pIV, dat specifiek bijdraagt aan het buitenmembraan faag-geleidingskanaal. Dit is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat, aangezien deze faag Gram-positieve bacteriën infecteert, die geen buitenmembranen hebben, het eiwit niet nodig is. (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. “Filamenteuze faag actief op de Gram-positieve bacterie Propionibacterium freudenreichii.” Journal of Bacteriology, vol. 184, no. 7. American Society for Microbiology. (2030-2033)
Handa, Sajeev. “Propionibacterium Infections.” 2002. eMedicine
McCarthy, R. J., and P. Courtney. 2004. “Aminozuur vereisten van zuivel Propionibacterium stammen.” Ohio State University.
NIAMS: Health Topics: Acne.
Schwenninger, Susanne Miescher, and Leo Meile. 2004. “Een gemengde cultuur van Propionibacterium jensenii en Lactobacillus paracasei subsp. paracasei remt voedselbederfgisten.” Systematische en Toegepaste Microbiologie, vol. 27, no. 2. Urban en Fischer. (229-237)