Anaerobier und Sauerstofftoleranz

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Anaerobes and oxygen tolerance

Unser  Laborteam von Don Whitley untersuchte kürzlich die Variabilität der Sauerstofftoleranz von anaeroben Bakterien im menschlichen Darmtrakt, um potenzielle Krankheitserreger mit der normalen Mikrobiota zu vergleichen. Die Ergebnisse wurden im Rahmen eines Posters auf der Tagung "Anaerobe 2021: the microbiota and beyond" vorgestellt, die von der Society for Anaerobic Microbiology organisiert wurde.

Obwohl anaerobe Inkubationsmethoden, wie z. B. anaeroben Töpfe und Arbeitsstationen, seit vielen Jahren in klinischen Laborsatorien verwendet werden, um den pathogenen Anaerobier zu isolieren, hat in den letzten Jahren das Interesse an potenziell therapeutischen Bakterienarten, die aus der normalen Darmmikrobiota  stammen zugenommen. Um die Wachstumsanforderungen solcher Bakterienarten besser zu verstehen, haben wir die Fähigkeit ausgewählter anaerober Krankheitserreger, "normaler Mikrobiota" und kürzlich charakterisierter potenziell therapeutischer Stämme verglichen und sie bei 35°C in Gegenwart steigender Sauerstoffkonzentrationen auf Agar wachsen lassen.

Die Auswirkungen von Sauerstoff wurden mit zwei verschiedenen Whitley-Arbeitsstationen untersucht: das Modell A35 wurde für, das streng anaerobe "Referenzbedingungen" eingesetzt  und das Modell H35, für die präzise Kontrolle der  atmosphärische Sauerstoffkonzentrationen in Schritten von 0,1 %.

In ersten Experimenten mit hohen bakteriellen Inokulumdichten wuchsen die potenziellen Krankheitserreger Bacteroides fragilis und Clostridioides difficile in Gegenwart von bis zu 2,4 % v/v Sauerstoff, während die üblichen Arten der "normalen Mikrobiota" wie Bifidobacterium, Fusobacterium und Finegoldia 0,5 - 1,0 % und Eggerthella lenta 0,1 % tolerierten. Potenziell therapeutische Arten von Roseburia, Alistipes, Blautia und Faecalibacterium wuchsen nur unter streng anaeroben Bedingungen und waren bei der Inkubation von 0,1% Sauerstoff nicht in der Lage zu wachsen.

Mit den Bakterienstämmen, die mindestens 0,1 % Sauerstoff tolerierten, führten wir dann quantitative Experimente durch, um die prozentuale Ausbeute kleinerer Inokula (100 - 300 KBE auf Audstrichplatten) in Gegenwart von zunehmendem Sauerstoff im Vergleich zu streng anaeroben Koloniezahlen zu bestimmen. Bei 2,0 % v/v Sauerstoff lag die Ausbeute des Inokulums für zwei B. fragilis-Stämme und einen C. difficile-Stamm bei >80 %. Im Gegensatz dazu sank die Ausbeute eines F. magna-Stammes von 83 % bei 0,1 % Sauerstoff auf <1 % bei 0,5 % Sauerstoff.

Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Variabilität der Sauerstofftoleranz zwischen den Anaerobierarten bei einer hohen Anzahl von Bakterienzellen, wie z. B. bei der Arbeit mit stark kolonisierten klinischen Proben oder Reinkulturen, nicht offensichtlich ist, aber bei niedrigen Inokulum-Mengen Bedeutung sein kann. Wir haben auch gezeigt, dass die normale menschliche Mikrobiota, insbesondere die potenziell therapeutischen Stämme, sehr sauerstoffintolerant sein können. Strenge anaerobe Bedingungen und sorgfältige Techniken sind bei der Arbeit mit solchen Stämmen erforderlich und werden natürlich bei der Arbeit mit allen Anaerobiern empfohlen.

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