A Microbial Biorealm page on the genus Lactobacillus delbrueckii
Numbered ticks are 11 µM apart.
Gram-stained.
Photograph by Bob Blaylock.
Classification
Higher order taxa
Bacteria (Domain); Firmicutes (Phylum); Bacilli (Class); Lactobacillales (Order); Lactobacillaceae (Familie)
Spezies
NCBI: Taxonomie
Lactobacillus delbrueckii
subspecies: bulgaricus, lactis, delbrueckii, and indicus
Beschreibung und Bedeutung
Lactobacillus us delbrueckii ist ein stabförmiges, grampositives, nicht bewegliches Bakterium. Gemeinsam ist der Art ihre Fähigkeit, Zuckersubstrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäureprodukten zu fermentieren. Als solche werden L. delbrueckii im Allgemeinen in Milchprodukten wie Joghurt, Milch und Käse mit Ausnahme von L. delbrueckii subsp. delbruecki, die in pflanzlichen Quellen vorkommen (3). Es gibt vier Unterarten, die sich durch ihre Metaboliten und ihre bisher bekannte interne Genetik unterscheiden. Die jüngste akzeptierte Unterart, L. delbrueckii subsp. indicus wurde aus einer indischen Molkerei isoliert (1). Im Gegensatz dazu isolierte Dr. Stamen Grigorov L. delbrueckii subsp. bulgaricus aus einer Joghurtprobe im Jahr 1905.
Die Eigenschaften, die L. delbrueckii als homofermentives Milchsäurebakterium (LAB) definieren, sind nicht auf sein metabolisches Endprodukt D-Lactat und L-Lactat beschränkt. L. delbrueckii subsp. bulgaricus hat nachweislich probiotische Wirkungen auf Mensch und Tier, einschließlich einer verbesserten Laktosetoleranz und seiner Fähigkeit, Immunantworten zu stimulieren (4, 5, 7). Frühere Debatten gegen diese Informationen stellten die Fähigkeit der letzteren in Frage, in schwach sauren Umgebungen und den Magensäften des menschlichen Magen-Darm-Trakts zu überleben. Ein Phosphopolysaccharid, hergestellt von L. delbrueckii subsp. bulgaricus hat die Fähigkeit, die Phagozytose von Makrophagen bei Mäusen zu verbessern (4).
Genomstruktur
Das zirkuläre Genom von Lactobacillus delbrueckii subsp. bugaricus ATCC 11842 wurde im Mai 2006 fertiggestellt. Es besteht aus 1.864.998 Nukleotiden und hat einen ungewöhnlich hohen G-C-Gehalt (49%) im Vergleich zu anderen Arten der Gattung Lactobacilli, zu denen es gehört. Von den 2.217 vorhandenen Genen kodieren 1.562 für Proteine und 533 als Pseudogene (10). Solche genomischen Merkmale sowie Insertionssequenzmuster weisen auf ihre Anpassung in der Milchindustrie hin und stützen die Theorie einer schnellen Evolutionsphase (11).
Von den 1.562 Genen, die für Proteine kodieren, sind prtB und das lac-Operon wichtig für die homofermentativen Eigenschaften von L. delbrueckii. Innerhalb des Lac-Operons befinden sich die LACS-, lacZ- und lacR-Gene, die für die Aufnahme und den Abbau von Lactose kodieren.(3) Das lacS-Gen kodiert für Lactose-Permease, die für die Fähigkeit verantwortlich ist, Lactose durch die Membran zu transportieren. Das wichtige Enzym B-Galactosidase, das für den Laktosestoffwechsel notwendig ist, ist im lacZ-Gen kodiert. Stromabwärts von lacZ befindet sich das regulatorische Gen lacR.
Zellstruktur und Stoffwechsel
Als grampositives Bakterium behält L. delbrueckii seinen violetten Fleck unter dem Gram-Test. Einzigartig für Mikroben dieser Art ist eine dicke Zellwand und eine Zellmembran. Das Fehlen einer äußeren Membran, die als zusätzliche Barriere fungiert, könnte ein Grund für ihre Empfindlichkeit gegenüber Bakteriophagenangriffen sein (2).
Proteasen, die durch das prtB-Gen kodiert werden, finden sich verankert entlang der Zellwand von L. delbrueckii subsp. bulgaricus und lactis ; und höchstwahrscheinlich in der subsp. indicus. Die Fähigkeit der Unterart, in Milchprodukten zu wachsen, ist der enzymatischen Aktivität beim Abbau von Casein zu verdanken, um essentielle Aminosäuren zusätzlich der konstitutiven oder induzierbaren Expression des lacZ-Gens auszusetzen. (8,4)
Signifikant für die vier L. delbrueckii-Unterarten sind die Anzahl und Art der Substrate, die sie metabolisieren kann. Wie bereits erwähnt, sind solche Eigenschaften auf die Enzymexpression innerhalb ihres Genoms beschränkt. L. delbrueckii subsp. bulgaricus und subsp. indicus kann Laktose, Glukose, Fruktose und Mannose metabolisieren. Zusätzlich zu diesen, L. delbrueckii subsp. lactis katabolisiert Galactose, Saccharose, Maltose, Trehalose und andere modifizierte Kohlenhydrate.(4)
Ökologie
Als Bewohner von fermentierten Milchprodukten und Produzenten von Milchsäure Lactobacillus delbrueckii, mit Ausnahme von L. subsp. delbrueckii, ist die Ursache für seine niedrige saure Umgebung. Der Nährstoffbedarf ist an die Umgebung des Bakteriums angepasst; Dazu gehören unter anderem Aminosäuren, Vitamine, Kohlenhydrate und ungesättigte Fettsäuren (9). L. delbrueckii hat eine optimale Wachstumstemperatur von 40-44 °C unter anaeroben Bedingungen(3). Insbesondere L. subsp. bulgaricus hat eine symbiotische Beziehung mit Streptococcus thermophilus, da es in Starter-Milchsäurebakterienkulturen koexistiert.
Pathologie
Lactobacillus delbrueckii ist nicht pathogen. Tatsächlich ist es in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet und kann in Joghurt, Milch, Gemüse und Käse gefunden werden.
Anwendung auf die Biotechnologie
Der vier bisher bekannten Unterarten L. delbrueckii subsp. bulgaricus und subsp. lactis sind für die Milchindustrie als Starterkulturen für die Herstellung von fermentierter Milch, Joghurt und Käse am wichtigsten. Wirtschaftliche Verluste wären erheblich, wenn der Fermentationsprozess des weit verbreiteten Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus und subsp. lactis wurden behindert. Daher muss die Milchindustrie in der Lage sein, Bakteriophagen nachzuweisen und die Produktionsbedingungen anzupassen, um eine hohe Qualität für Sicherheit und Haltbarkeit zu gewährleisten (2). Aufgrund der symbiotischen Beziehung von L. delbrueckii subsp. bulgaricus mit Streptococcus thermophilus letzteres wurde gleichzeitig untersucht.
Aktuelle Forschung
Es wurde gezeigt, dass spezifische Stämme von Laktobazillen mitogene Wirkungen haben und die Proliferation von Milzzellen unterstützen. Wärmebehandelte YS-Stämme von L. delbrueckii subspecies bulgaricus und L. acidophilus induzierten direkt die Erzeugung von IgM und IgG durch murine Spenozyten und waren im Gegensatz zu ATCC-Stämmen von Bakterienkonzentrationen abhängig. Ersteres war am wirksamsten bei Mengen von 5 × 106 und 2 × 107 Laktobazillen ml–1. Antikörperkonzentrationen wurden mit ELISA und Fisher-Test bestimmt. Darüber hinaus induzierten die Stämme YS und ATCC beider Laktobazillenspezies die Lymphozytenproliferation. L. delbrueckii subsp. es wurde gezeigt, dass bulgaricus polyklonale B-Zellen aktiviert, die sich aus der Aufrechterhaltung hoher Antikörperspiegel bei Entfernung von Laktobazillen-Antikörpern ergeben. (13)
Eine Studie schlug die praktische Anwendung der Multiplex-PCR vor, um Bakteriophagen in jedem Stadium der Herstellung nachzuweisen. Die Methode erwies sich als einfach und schnell und garantierte gleichzeitig die Mindestqualitätsanforderungen der Produkte. Obwohl die Ergebnisse zeigten geringe Mengen an L. delbrueckii-Phagen In den verwendeten Proben wurde eine relativ höhere Menge an S. thermophilus-Phagen gefunden. Diese Ergebnisse sind Folge des steigenden Anteils von S. thermophilus in Starterkulturen. (2)
Lactobacillus delbrueckii kann im Allgemeinen nicht außerhalb von Starterkulturen in der Milchindustrie gefunden werden. Die natürliche Umgebung, aus der es stammt, ist nicht sicher bekannt. Eine aktuelle Studie berichtete über die Isolierung und Charakterisierung von L. delbrueckii subsp. bulgaricus zusammen mit seinem Symbionten Streptococcus thermophilus aus Pflanzen in Bulgarien auf der Basis der traditionellen Joghurtzubereitung. Sechshundertfünfundsechzig Pflanzenproben, mit der Zielpflanze Cornus, wurden an vier Standorten außerhalb der menschlichen Besiedlung gesammelt. Identifizierung der L. subsp. bulgaricus wurde mittels Phänotypanalyse, Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE) -Analyse und PCR-Methoden bestimmt. Die Kulturproben, die bei 45°C wuchsen, waren stäbchenförmig, produzierten D-Lactat, erzeugten ein DNA-Fragment von 1065 Basenpaaren mit den Primern LB1/LLB1 und zeigten proteolytische Aktivität. Aus den 665 Pflanzenproben L. delbrueckii subsp. bulgaricus und oder S. thermophilus wurden isoliert, von denen die meisten aus Blagoevgrad, Bulgarien, stammten. (12)
1)F., Felis, Giovanna E., Castioni, A., Torriani, S. und Germond, J. „Lactobacillus delbrueckii subsp. indicus subsp. Nov., isoliert von indischen Milchprodukten“. 2005. Internationale Zeitschrift für systematische und evolutionäre Mikrobiologie. Band 55. s. 401-404.
2)
3)J., Lapierre, L., Delley, M., Mollet, B., Felis, G., and Dellaglio, F. „Evolution der Bakterienarten Lactobacillus delbrueckii: Eine partielle genomische Studie mit Überlegungen zum Konzept prokaryotischer Arten“. Molekularbiologie und Evolution. 2003. Band 20. s. 93-104.
4)
5)M., Callegari, M., Ferrari, S., Bessi, E., Cattibelli, D., Soldi, S., Morelli, L., Feuillerat, N. und Antoine, J. „Überleben von Joghurtbakterien im menschlichen Darm“. Angewandte Umweltmikrobiologie. 2006. Band 72. s.5113-5117.
6)
7)S., Drescher, K. und Heller, K. „Überleben von Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus und Streptococcus thermophilus im terminalen Ileum fistulierter Göttinger Minipigs. Angewandte und Umweltmikrobiologie. 2001. Band 67. s.4137-4143.
8)C., D. Atlan, B. Blanc, R. Portailer, J. E. Germond, L. Lapierre und B. Mollet. 1996. „Eine neue Zelloberflächenproteinase: Sequenzierung und Analyse des prtB-Gens aus Lactobacillus delbruekii subsp. bulgaricus“. Zeitschrift für Bakteriologie. 1996. Band 178. s.3059-3065.
9)
10) Zentrum für biotechnologische Informationen (NCBI) Genom. Lactobacillus delbrueckii subsp. 11842, komplettes Genom.
11)de Guchte, M., Penaud, S., Grimaldi, C., Barbe, V., Bryson, K. und andere. „Die vollständige Genomsequenz von Lactobacillus bulgaricus zeigt eine umfangreiche und fortlaufende reduktive Evolution“. PNAS. 2006. Band 103. s.9274-9279
12)M., Minkova, S., Kimura, K., Sasaki, T. und Isawa, K. „Isolierung und Charakterisierung von Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus und Streptococcus thermophilus aus Pflanzen in Bulgarien“. In: FEMS Microbiology Letters. 2007. Band 269. s. 160-169.
13)
Herausgegeben von Maryruth Penetrante Schülerin von Rachel Larsen
Herausgegeben von KLB