Pseudomonas

Pseudomonas
Pseudomonas aeruginosa (Sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme, koloriert)
Systematik
Domäne: Bakterien Abteilung: Proteobacteria Klasse: Gammaproteobacteria Ordnung: Pseudomonadales Familie: Pseudomonadaceae Gattung: Pseudomonas
Wissenschaftlicher Name
Pseudomonas
Migula 1894
Arten
P. aeruginosa P. fluorescens P. paucimobilis P. putida P. syringae

Pseudomonas (Plural Pseudomonaden) ist eine Gattung stäbchenförmiger, mit polaren Geißeln sich aktiv bewegender, aerober, gramnegativer Bakterien. Sporen werden nicht gebildet. Das Genom der Art P. aeruginosa wurde vollständig sequenziert.^[1] (s. h. auch: Liste sequenzierter Organismen)

Merkmale und Stoffwechsel

Die Größe variiert zwischen 0,5–1,0 × 1,5–5,0 µm. Sie können sich mit einer oder mehreren polaren Geißeln aktiv bewegen (sie sind motil). Sie reagieren im Voges-Proskauer-Test negativ, im Katalase-Test positiv. Bei den meisten Arten fällt der Oxidase-Test positiv aus, wie z.B. bei Pseudomonas fluorescens, diese Arten besitzen somit ein c-Typ-Cytochrom.

Pseudomonaden sind aerob, das heißt, sie brauchen in der Regel Sauerstoff für ihren Energiestoffwechsel, um zu wachsen. Sie nutzen also einen oxidativen Energiestoffwechsel mit Sauerstoff als Elektronenakzeptor. Zucker werden dabei über den Entner-Doudoroff-Weg zur Energiegewinnung abgebaut. Nitrat kann bei den meisten Arten als alternativer Elektronenakzeptor statt Sauerstoff bei der Atmung dienen (Nitratatmung). In diesem Fall wird Nitrat (NO₃⁻) zu elementarem, molekularem Stickstoff (N₂) reduziert (Denitrifikation). Da für die Nitratatmung kein Sauerstoff nötig ist, sind einige Arten auch in der Lage, unter Ausschluss frei gelösten Sauerstoffs (anoxisch) zu wachsen, doch dies ist eher selten der Fall. Als Vertreter der nitratreduzierenden Bakterien werden die Arten Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri und Pseudomonas denitrificans bei der Abfallbehandlung zur Nitratelimination eingesetzt. Eine der wenigen Arten, die nicht zur Nitratatmung fähig sind, ist Pseudomonas fluorescens.

Fermentation wird von dieser Gattung nicht als Energiestoffwechsel genutzt, alle Arten sind sogenannte Nonfermenter (Nichtfermentierer).

Mehrere Pseudomonas-Arten produzieren bei Eisenmangel Siderophore; mindestens 50 verschiedene Pyoverdine wurden gefunden, außerdem Ferrioxamine, die sonst nur in Actinobakterien vorkommen.^[2]

Ökologie

Pseudomonaden sind ubiquitär, also allgegenwärtig in der Umwelt („Pfützenkeim“). Man findet sie im Boden, Wasser sowie in oder auf Pflanzen und Tieren. Pseudomonaden leben oft saprotroph, also von abgestorbenem organischen Material. Man findet sie auch häufig in der Rhizosphäre, diese von den Pflanzen beeinflusste Umgebung stellt ein gutes Habitat für Pseudomonaden dar, sie sind gut an die Rhizosphäre angepasst.^[3] So bewegen sie sich unter anderem aktiv, sind chemotaxisch und resistent gegen spezielle Abwehrstoffe der Pflanzen. Obwohl einige pflanzenpathogen sind, tragen viele Arten auch zum Schutz der Pflanzen bei, indem sie innerhalb der Rhizosphäre andere Mikroorganismen verdrängen. Des Weiteren sind einige Arten wie Pseudomonas putida mit arbuskulären Mykorrhizapilzen assoziiert und fördern somit sogar das Wachstum der Pflanzen.^[4] Man spricht von plant growth promoting rhizobacteria (PGPR).

Pathogenität

Die Pseudomonaden sind physiologisch hoch flexibel und können auch als opportunistische Krankheitserreger bei bereits geschwächten Pflanzen und Tieren auftreten. Von vielen Pseudomonas-Arten existieren pflanzenpathogene Stämme, so genannte Pathovare (Phytopathogene). Die Art Pseudomonas marginalis verursacht, meist an Sprossachsen, die Weichfäule. Pseudomonas syringae subsp. savastanoi pv. oleae verursacht die Tuberkelkrankheit beim Olivenbaum. Bei Tieren kann u. a. die Fleckenseuche der Süsswasserfische von Pseudomonas verursacht werden. Arten wie Pseudomonas aeruginosa können für Menschen mit geschwächtem Immunsystem gefährlich sein.

Die Virulenzgene sind meistens mobil (Plasmide) und können leicht von einer Pseudomonas-Art auf eine andere, aber auch auf entfernter verwandte Bakterien übertragen werden. So besitzen die Pseudomonaden oft ein sogenanntes R-Plasmid, welches der Übertragung der Resistenzgene dient.

Das hochgefährliche Nervengift Tetrodotoxin (TTX) wird von einigen Pseudomonas-Arten produziert. Auch anhydro-TTX, eine im molekularen Aufbau leicht abweichende Variante, wurde bei dieser Gattung nachgewiesen. Pseudomonas und auch verschiedene Vibrionen werden für die starke Giftigkeit verschiedener Kugelfische verantwortlich gemacht.^[5] Der Fisch nimmt die Bakterien vermutlich durch die Nahrung (z. B. verschiedene Krebstiere, Würmer und Rotalgen) auf. Pseudomonas wurde bei dem Kugelfisch Takifugu poecilonotus (Synonym: Fugu poecilonotus) nachgewiesen.^[6] Man geht hierbei von einer Symbiose zwischen dem Kugelfisch und den Bakterien aus. Der Kugelfisch setzt das Gift für die Verteidigung bzw. Abschreckung gegen Räuber ein und liefert den Bakterien wiederum ein geeignetes Habitat. Die Fähigkeit der Bakterien, insbesondere der Vibrionen, Tetrodotoxin zu bilden, wurde allerdings wieder in Frage gestellt.^[7][8]

Klinische Bedeutung

Die Gattung ist klinisch besonders wichtig, weil die Mehrheit ihrer Mitglieder Resistenzen gegen Antibiotika aufweist. Außerdem sind sie fähig, bei höherer Zelldichte Biofilme (Schleime) zu bilden, die sie gegen Fresszellen und Antibiotika schützen. Während Bakterien der Gattung Pseudomonas bei Menschen mit intaktem Immunsystem selten Krankheiten verursachen, können sie bei Patienten, deren Immunsystem bereits geschwächt ist (beispielsweise in Krankenhäusern, sogenannte Hospitalismuskeime), die Infektion von Wunden, Atem- und Harnwegen, Lungenentzündung sowie Sepsis und Herzerkrankungen verursachen. Wundinfektionen durch P. aeruginosa zeichnen sich durch ihre blau-grüne Färbung und ihren süßlich-aromatischen Geruch aus. Besonders gefährdet sind Patienten mit der Erbkrankheit Cystische Fibrose (Mukoviszidose), bei denen Lungenentzündungen durch Pseudomonas die häufigste Todesursache ist.

Zur Therapie eignen sich Acylaminopenicilline wie Azlocillin und Piperacillin, Cephalosporine ab der dritten Generation (insbesondere Ceftazidim und Cefepim; Ceftriaxon hingegen ist nicht wirksam), neuere Fluorchinolone, Aminoglykoside sowie Carbapeneme.

Klinische Studien zu Pseudomonas-Impfungen werden seit einiger Zeit durchgeführt, etwa vom österreichischen Biotech-Unternehmen Intercell, das seinen Impfstoff bereits in Phase III testet.^[9]

Literatur

• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock - Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1
• George M. Garrity: Bergey's manual of systematic bacteriology. 2. Auflage. Springer, New York, 2005, Volume 2: The Proteobacteria, Part B: The Gammaproteobacteria Genus Pseudomonas.
• Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. 7 Bände, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 0-387-30740-0. Vol. 6: Proteobacteria: Gamma Subclass ISBN 0-387-30746-X

Weblinks

 Commons: Pseudomonas – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Immune System's Distress Signal Tells Bacteria When To Strike Back englischsprachiger Wissenschaftsartikel zum Mechanismus der Umwandlung des harmlosen Darmbewohners P. aeruginosa in einen tödlichen, Sepsis verursachenden Krankheitserreger

Einzelnachweise

1. ↑ Pseudomonas Genome Project
2. ↑ Essén SA, Johnsson A, Bylund D, Pedersen K, Lundström US: Siderophore production by Pseudomonas stutzeri under aerobic and anaerobic conditions. In: Appl. Environ. Microbiol.. 73, Nr. 18, September 2007, S. 5857–64. doi:10.1128/AEM.00072-07. PMID 17675442. Volltext bei PMC: 2074896.
3. ↑ Lugtenberg, B. J. J. und G. V. Bloemberg. 2004. Life in the rhizosphere. In: J. L. Ramos (Ed.) Pseudomonas. Kluwer Academic/Plenum Publishers. New York, NY. 1:S. 403–430.
4. ↑ Veronica Artursson, Roger D. Finlay und Janet K. Jansson: Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria and their potential for stimulating plant growth In: Environmental Microbiology (2006) 8(1), 1–10, PMID 16343316
5. ↑ A.C. Scoging: Marine biotoxins In: Journal of Applied Microbiology Symposium Supplement 1998, 84, 418-508 Blackwell-Synergy
6. ↑ Yotsu, M., T. Tamazaki, Y. Meguro, A. Endo, M. Murata, H. Naoki, and T. Yasumoto: Production of tetrodotoxin and its derivatives by Pseudomonas sp. isolated from the skin of a pufferfish. In: Toxicon 25 (1987):225–228. PMID 3576639
7. ↑ Kendo Matsumura: Reexamination of Tetrodotoxin Production by Bacteria In: Applied and Environmental Microbiology, Sept. 1995, p. 3468–3470 AEM Online
8. ↑ Kim, D.S., Kim, C.H.: No ability to produce tetrodotoxin in bacteria — authors reply. In: Applied and Environmental Microbiology, May 2001, p. 2393–2394 AEM Online
9. ↑ http://www.intercell.com/main/forbeginners/news/news-full/article/intercell-receives-positive-scientific-advice-from-ema-for-pseudomonas-vaccine-phase-iiiii-study/

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