Bedeutung in Forschung und Medizin

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Bedeutung in Forschung und Medizin

E. coli Nissle 1917: der weltweit am besten untersuchte

probiotische E.-coli-Stamm

Alle in Abb. 19 aufgelisteten Anforderungen an ein probiotisches Arzneimittel

werden von E. coli Nissle 1917 (EcN), der „Wirksubstanz“ von Mutaflor ® ,

voll erfüllt. Die jüngst geglückte Aufklärung der Genomstruktur (GROZDA-

NOV et al., 2004; SUN et al., 2005) hat gezeigt, dass das Fehlen von Pathogenitätsfaktoren

(z.B. von Enterotoxinen, Hämolysinen, Cytotoxinen, Invasinen,

pathogenspezifischen Fimbrien) [Abb. 20], kombiniert mit dem

Vorhandensein von sog. Fitness-Faktoren (z.B. Mikrozinen, Eisenaufnahmesystemen,

typischen Adhäsinen) [Abb. 21], die das Überleben und die Kolonisierung

im Darm ermöglichen, zu den probiotischen Eigenschaften von EcN

beitragen (BLUM-OEHLER et al., 2001; DOBRINDT, 2005).

Gencluster des Chromosoms, die für die phänotypischen Merkmale

von EcN kodieren

6 verschiedene Eisenaufnahme-Systeme

als

wichtige Fitnessfaktoren

2 antagonistisch

aktive Mikrozine

mch mcm fim

Fe 3+

cbt

Fe 3+ ent

Fe 3+

ybt

Chromosom

Fe 3+

3 kb

chu

Fe 3+

Fe 3+ aer

5 kb

cit

rfb

kps

foc

fla

csg

keine

Pathogenitätsfaktoren

3 verschiedene Typen von

Fimbrien ermöglichen

Adhärenz und Biofilmbildung

Flagellen (H1) sorgen für

aktive Fortbewegung

● Apathogener E.-coli-Klon (Serotyp O6 : K5 : H1)

● Genetische Stabilität

Keine: Enterotoxin-Produktion

Cytotoxin-Produktion

Pathogenen Adhäsionsfaktoren

Invasivität

Immuntoxizität

Serumresistenz (keine Sepsisgefahr)

Uropathogenität

Toxizität in keimfreien und konventionellen Tieren

2 stammtypische Plasmide

ohne Antibiotika-Resistenzgene,

nicht übertragbar

Spezielle immunmodulatorische

LPS-Variante vom Serotyp O6, bisher bei

keinem anderen Stamm nachgewiesen

Kapsel (K5)

Serotyp O6:K5:H1

Abb. 21 Phänotypische Charakteristika von E. coli Nissle 1917 und ihre Genloci auf dem

Bakterienchromosom (nach BLUM-OEHLER et al., 2001).

Abb. 20 Sicherheitsaspekte bei E. coli Nissle 1917

Die besondere Lipopolysaccharid(LPS)-Struktur, hervorgerufen durch eine

Punktmutation im wzy-Gen, dem Gen für die O-Antigen-Polymerase, ist

verantwortlich für die Serumsensitivität des Stammes, d. h. EcN wirkt immunmodulierend,

ohne immuntoxisch zu sein (GROZDANOV et al., 2002). Zudem

unterscheidet er sich von anderen E.-coli-Stämmen durch die Fähigkeit, auch

bei Körpertemperatur (37 °C) Biofilme zu bilden, wodurch die flächige

Persistenz des Keimes im Warmblüterdarm ermöglicht wird. Diese Eigenschaft

beruht auf dem Vorhandensein des ygaG-Gens, einem Teil des für die interbakterielle

Kommunikation ("Quorum Sensing") wichtigen Autoinducer-2-

Systems (homolog zur Autoinducer-Synthetase LuxS von V. fischeri) und der

Anwesenheit von „curly“-Fimbrien [Abb. 22].

Abb. 22 Biofilmbildung durch E. coli: E. coli Nissle 1917 ist im Gegensatz zu anderen E.-coli-Stämmen

in der Lage, auch bei 37 °C Biofilme auszubilden. Darstellung mit Laser Scanning Mikroskopie.

Höhenausmessung links, Dichtemessung rechts (U. DOBRINDT & H. MERKERT, pers. Mitteilung).

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