Eine mikrobielle Biorealm-Seite über die Gattung Streptococcus mitis
Klassifikation
Taxa höherer Ordnung
Bakterien; Firmicutes; Bazillen; Lactobacillales; Streptococcaceae;
Spezies
NCBI: Taxonomie
Streptococcus mitis
Beschreibung und Bedeutung
Streptococcus mitis sind kommensale Bakterien, die harte Oberflächen in der Mundhöhle wie Zahnhartgewebe sowie Schleimhäute besiedeln und Teil der Mundflora sind. Sie sind gewöhnlich in kurzen Ketten in Form von Kokken angeordnet (10). Diese Gram-positiven Bakterien sind in der Regel nicht pathogen, verursachen aber häufig eine bakterielle Endokarditis, d. h. eine Entzündung der inneren Schicht des Herzens. S. mitis sind alpha-hämolytisch, d. h. sie können rote Blutkörperchen abbauen. S. mitis sind nicht beweglich, bilden keine Sporen und haben keine gruppenspezifischen Antigene (2). S. mitis leben optimal bei Temperaturen zwischen 30 und 35 Grad Celsius und sind somit mesophil. Sie sind fakultative Anaerobier, d.h. ein Bakterium, das ATP durch aerobe Atmung erzeugt, wenn Sauerstoff vorhanden ist, aber auch in der Lage ist, in Abwesenheit von Sauerstoff auf Fermentation umzuschalten (7).
Genomstruktur
Das Genom von S. mitis wurde sequenziert und besteht aus einem zirkulären Chromosom mit etwa zwei Millionen bp, das bei verschiedenen Stämmen variiert. Sein GC- und AT-Gehalt beträgt 40,4 % bzw. 59,1 %. Es gibt insgesamt 2222 Gene, von denen 2149 proteinkodierende Gene sind (3).
Die Gene, die für die Lipoproteine Pb1A und Pb1B in S. mitis kodieren, sind in der Nähe der Gene geclustert, die den Streptokokken-Phagen r1t, 01205 und Dp-1 sehr ähnlich sind. Dies deutet darauf hin, dass Pb1A und Pb1B in einem Prophagen lokalisiert sein könnten (4). Um diese Möglichkeit zu prüfen, wurden Mitomycin C und UV-Licht verwendet, da beide den lytischen Zyklus vieler Phagen induzieren können. Kulturen von S. mitis wurden damit bestrahlt, und eine signifikante Zunahme der Expression von Pb1A und Pb1B wurde durch Western-Blot-Analyse nachgewiesen. In den Kulturen von S. mitis wurden Phagenpartikel sichtbar, die den Namen SM1 erhielten. Dieser Phage hatte ein DNA-Genom von etwa 35 kb. Alle diese Experimente ergaben, dass Pb1A und Pb1B von einem lysogenen Bakteriophagen kodiert werden (4).
Zellstruktur und Stoffwechsel
4.1 Zellstruktur
Wie elektronenmikroskopisch nachgewiesen, tragen S. mitis-Stämme in der Regel spärlich verteilte, lange Fibrillen, und ihre Zelloberflächen werden oft als weich bezeichnet. Die elektrophoretische Weichheit und die feste negative Ladungsdichte von -1,2 bis -4,3×106 Cm-3 in der Polyelektrolytschicht von S. mitis-Stämmen wurden durch die Weichpartikelanalyse unter Verwendung gemessener elektrophoretischer Mobilitäten bestimmt (5).
Es gibt eine sehr hohe Häufigkeit des Auftretens von extrazellulären Oberflächenstrukturen auf S. mitis-Stämmen, und eine Vielzahl von Anhängseln mit unterschiedlichen Längen bis zu mehreren Mikrometern wurde gefunden (5). Zwischen verschiedenen Stämmen kann die Dichte von Anhängseln auf der Zelloberfläche erheblich variieren (5).
S. mitis ist durch seine C-Polysaccharid-Zellwand und ein teichoinsäureähnliches Polysaccharid gekennzeichnet. Das teichosäureähnliche Polysaccharid enthält eine Heptasaccharid-Phosphat-Wiederholungseinheit, die weder aus Ribitol noch aus Glycerinphosphat besteht, wie es normalerweise in Teichosäuren vorkommt (6). Das C-Polysaccharid von S. mitis enthält in jeder sich wiederholenden Einheit zwei Reste von Phosphocholin und zwei Galactosaminreste (6).
4.2 Stoffwechsel
S. mitis ist ein erleichterter Anaerobier, was seinen Stoffwechsel sehr vielseitig macht. Die Nutzung und Synthese von intrazellulärem Glykogen und dessen Abbau zu Laktat wurde bei S. mitis nachgewiesen. Das glykogenähnliche Polysaccharid fungiert als einzige verwertbare Energiequelle in S. mitis (7).
Wenn eine exogene Energiequelle fehlt, versorgt der Abbau von Polysaccharid S. mitis mit Energie in verwertbarer Form, denn Zellen, die Polysaccharid haben, erhöhten die β-Galaktosidase-Aktivität, wenn sie mit Thiomethylgalaktosid induziert wurden (8). Zellen ohne Polysaccharid und eine Polysaccharid-negative Variante von S. mitis zeigten bei ähnlicher Induktion keine Zunahme der β-Galaktosidase-Aktivität. Das einzige Substrat für den endogenen Stoffwechsel von S. mitis ist intrazelluläres Polysaccharid (8).
Ökologie
S. mitis ist ein Teil der normalen Säugetierflora. Sie besiedeln gewöhnlich den Mund, den Rachen und den Nasenrachenraum. Bestimmte Stämme von S. mitis sind in der Lage, IgIA1-Protease zu produzieren und Speichel-alpha-Amylase zu binden, zwei Eigenschaften, die für Streptococcus viridans, eine große Gruppe von im Allgemeinen nicht-pathogenen, kommensalen Streptokokken, bestimmend sind. Einige S. mitis, die Neuraminidase produzieren, neigen zur Besiedlung von Schleimhautoberflächen, obwohl die Produktion dieses Enzyms für eine erfolgreiche Besiedlung nicht erforderlich ist (9). Allerdings war weder die Immunglobulin-A1-Proteaseaktivität noch die Fähigkeit, α-Amylase aus dem Speichel zu binden, ein bevorzugtes Merkmal der persistenten Genotypen. Der Hauptursprung neuer von S. mitis besetzter Klone liegt im Respirationstrakt (9).
Pathologie
S. mitis ist in der Regel ein ätiologischer Erreger von odontogenen Infektionen und Endokarditis und wurde nur in einigen Fällen als Respirationserreger anerkannt. Der häufigste Wirt ist der Mensch. Die wichtigste Interaktion in der Pathogenese der infektiösen Endokarditis ist die direkte Bindung der Bakterien an Blutplättchen (10). S. mitis ist ein kommensaler Organismus, der eng mit dem Erreger Streptococcus pneumoniae verwandt ist, dem Erreger von Otitis, Pneumonie, Sepsis und Meningitis. Es wurde eine homologe Rekombination zwischen diesen Spezies beobachtet, und die Übertragung genetischer Determinanten von S. mitis auf S. pneumoniae trägt zur Penicillinresistenz des Erregers bei (10).
Es ist bekannt, dass zahlreiche Phagen Determinanten tragen, die die Virulenz für den bakteriellen Wirt erhöhen, wobei es sich in erster Linie um sezernierte Toxine handelt, wie z. B. das erythrogene Toxin der Streptokokken, das Enterotoxin A der Staphylokokken, das Diphtherietoxin und das Choleratoxin (10). Zu den weiteren von Phagen kodierten Virulenzdeterminanten gehören extrazelluläre Enzyme wie Staphylokinase und Streptokokken-Hyaluronidase, Enzyme, die die antigenen Eigenschaften des Wirtsstamms verändern, sowie Proteine der äußeren Membran, die die Serumresistenz erhöhen (10). Es ist wahrscheinlich, dass Pb1A und Pb1B direkt an Blutplättchen binden, obwohl der Mechanismus, durch den PblA und PblB die Bindung von Blutplättchen durch S. mitis vermitteln, nicht aufgeklärt wurde. Somit könnte die Kodierung von PblA und PblB durch lysogenes SM1 eine Klasse von Phagen-vermittelten Virulenzdeterminanten darstellen (10).
Anwendung in der Biotechnologie
In einer kleinen Anzahl von S. mitis-Isolaten wurde ein cholesterinabhängiges Cytolysin namens Mitilysin nachgewiesen. Das Mitilysin-Gen wurde von sieben Isolaten von S. mitis sequenziert. Vergleiche mit dem Pneumokokken-Pneumolysin-Gen zeigen 15 Aminosäure-Substitutionen (11). S. mitis scheint Mitilysin extrazellulär freizusetzen. Ausgehend von den Ergebnissen des Enzymimmunoassays und des Neutralisationstests könnte ein Isolat von S. mitis zusätzlich zu Mitilysin ein hämolytisches Toxin produzieren (11). Da ein genetischer Austausch zwischen S. mitis und Streptococcus pneumoniae bekannt ist, könnte diese Erkenntnis Auswirkungen auf die Entwicklung von Impfstoffen oder Therapien für Pneumokokken-Erkrankungen haben, die auf Pneumolysin und dessen Eigenschaften beruhen (11).
Aktuelle Forschung
Ready (et al.) analysierten Gene, die für Antibiotikaresistenz kodieren und auf denselben genetischen Elementen wie die Quecksilber(Hg)-Resistenzgene zu finden sind. Sie verwendeten zahnmedizinische Techniken, bei denen Restaurationsmaterialien verwendet wurden, die sowohl die Hg-Resistenz als auch die Antibiotikaresistenz fördern können (12). Mit Hilfe eines In-vitro-Biofilm-Modells, bei dem Zahnbeläge auf Amalgamsubstraten und Zahnschmelz wachsen, beobachteten sie die Anzahl und den Anteil der Hg-resistenten Bakterien im Laufe der Zeit. Von den 42 isolierten Hg-resistenten Bakterien waren 98 % Streptokokken, wobei S. mitis dominierte. Einundsiebzig Prozent der Hg-resistenten Isolate waren auch gegen eine Reihe von Antibiotika resistent, wobei Tetracyclin am häufigsten vorkam (12). Die Ergebnisse dieser Studie „deuten darauf hin, dass das Einsetzen von Amalgamrestaurationen eine Rolle bei der Förderung von Hg- und antibiotikaresistenten Bakterien in der Mundhöhle spielen könnte“, und zeigen Wege auf, wie man durch eine Analyse der Gene verhindern kann, dass Bakterien antibiotikaresistent werden (12).
Oliveira (et al.) untersuchte die Fähigkeit von Lektin aus Talisia esculenta (TEL), einem in Brasilien vorkommenden Baum, und eines Proteins aus Labramia bojeri-Samen (Labramin), die Anhaftung von Mikroben zu hemmen und antimikrobielle Wirkungen zu entfalten. „Die minimalen hemmenden und bakteriziden Konzentrationen dieser Proteine wurden mit 5 Bakterienarten bestimmt: Streptococcus mutans UA159, Streptococcus sobrinus 6715, Streptococcus sanguinis ATCC10556, S. mitis ATCC903 und Streptococcus oralis PB182“ (13). Mit diesen 5 Bakterienarten wurde ein Adhärenztest durchgeführt. Labramin zeigte eine hemmende Wirkung auf die Adhärenz von S. mutans und S. sobrinus. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass „Labramin potenziell als biofilmhemmendes Medikament nützlich ist“ (13).
Ip (et al.) untersuchte einzigartige Stämme von Pneumokokken und atypische Sequenzvariationen innerhalb der „Chinolonresistenz-bestimmenden Regionen (QRDRs) der Gyrase- und Topoisomerase-Gene im Vergleich zum Streptococcus pneumoniae R6-Stamm“ (14). Mit Hilfe einer MLST-Analyse (Multilocus Sequence Typing) der Sequenzen der sechs Loci „wurden die ‚atypischen‘ Stämme von Pneumokokken unterschieden und diese Stämme eng mit S. mitis geclustert“ (14). Alle diese Stämme haben ein bis drei gyrA-, gyrB-, parC- und parE-Gene, deren QRDR-Sequenzen mit denen von S. pneumoniae geclustert sind, was einen horizontalen Transfer der QRDRs der Gyrase- und Topoisomerase-Gene von Pneumokokken auf Viridans-Streptokokken belegt“ (14). Diese Gene verleihen den Viridans-Streptokokken auch eine Resistenz gegen Fluorchinolone. Die Fluorchinolonresistenzen von 32 charakterisierten S. mitis- und Streptococcus oralis-Stämmen von Patienten wurden analysiert. Rekombinationsereignisse und De-novo-Mutationen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Fluorchinolon-Resistenzen bei Bakterien und bei der Frage, wie diese verhindert werden können (14).
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2. Entrez Genome ProjectAccessed: Aug 23, 2007
3. TIGR CMR Genome Database, DNA Fact Table Zugriff: Aug 26, 2007
4. Whalan RH, Funnell SG, Bowler LD, Hudson MJ, Robinson A, Dowson CG. Verteilung und genetische Vielfalt der ABC-Transporter-Lipoproteine PiuA und PiaA in Streptococcus pneumoniae und verwandten Streptokokken. J Bacteriol. Feb 2006. Volume 188, No.3. p. 1031-1038.
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Bearbeitet von Nancy Le Schülerin von Rachel Larsen
Bearbeitet von KLB