„Cutibacterium acnes“ – Versionsunterschied
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'''''Propionibacterium acnes''''' ist ein langsam wachsendes [[Gram-Färbung|grampositives]] [[Anaerobie|anaerobes]] Bakterium. Das Bakterium ist ein Teil der Hautflora und [[Kommensalismus|Kommensal]] |
'''''Propionibacterium acnes''''' ist ein langsam wachsendes [[Gram-Färbung|grampositives]], [[Anaerobie|anaerobes]] Bakterium. Das Bakterium ist ein Teil der [[Hautflora]] und [[Kommensalismus|Kommensal]], aber auch als [[Krankheitserreger]] bei [[Akne]] beteiligt. Es wurde früher als ''Bacillus acnes'' und ''Corynebacterium acnes'' bezeichnet. Von der [[Art (Biologie)|Art]] ''Propionibacterium acnes'' sind etwa 100 [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Stämme]] bekannt, das [[Genom]] zahlreicher Stämme wurde bereits vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]]. Die Forschung, welche Stämme [[pathogen]] sind und z. B. an der Erkrankung ''[[Acne vulgaris]]'' beteiligt sind, ist derzeit (Stand 2013) noch nicht abgeschlossen. |
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== Merkmale == |
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=== Erscheinungsbild === |
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''Propionibacterium acnes'' ist ein [[Grampositiv|gram-positives]] kurzes, [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmiges]] Bakterium, auch [[ellipsoid]]e Zellformen kommen vor. Eine einzelne [[Zelle (Biologie)|Zelle]] ist 0,4–0,5 [[µm]] (Mikrometer) breit und 0,8–0,9 µm lang.<ref name="PMID20994865" /> Im [[Lichtmikroskop|lichtmikroskopischen Bild]] finden sich meist paarweise angeordnete Zellen, die nicht direkt hintereinander liegen, sondern in einem Winkel. Dies führt bei weiteren [[Zellteilung]]en zur Ausbildung von V- oder Y-förmigen Ketten.<ref name="müller" /> Das Bakterium besitzt keine [[Flagellen]] zur aktiven Bewegung und kann keine Überdauerungsformen wie [[Endospore]]n bilden.<ref name="brock" /> |
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Auf festen [[Nährmedien]], die unter anaeroben Bedingungen [[Inkubator (Biologie)|inkubiert]] werden, bilden sich nach vier bis fünf Tagen runde [[Kolonie (Biologie)|Kolonien]]. Von der Seite betrachtet sind die Kolonien erhaben, dabei erscheinen sie glatt und glänzend, ihr Durchmesser liegt bei 1,5–4,0 mm. Die Kolonien sind weiß, zeigen jedoch nach mehrtägiger Inkubation des Nährmediums eine leichte Färbung hin zu Rosa.<ref name="PMID20994865" /> |
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=== Wachstum und Stoffwechsel === |
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''Propionibacterium acnes'' ist ein [[Anaerobie|anaerobes]] Bakterium. Ähnlich wie [[Milchsäurebakterien]] wird es als aerotolerant angesehen, dies bedeutet, dass es zwar in Anwesenheit von [[Sauerstoff]] wächst, diesen aber nicht für seinen Stoffwechsel benötigt. <ref name="brock" /> Untersuchungen zur Kultivierung des Bakteriums zeigen jedoch, dass die Anwesenheit von Sauerstoff einen hemmenden Einfluss auf das Wachstum hat.<ref name="PMID20994865" /> Es verfügt über das [[Enzym]] [[Katalase]] und kann [[Cytochrome]] bilden.<ref name="müller" /> Die zur [[Mikroorganismenkultur|Kultivierung]] optimale Temperatur liegt bei etwa 37 °C. Bei 45 °C erfolgt kein Wachstum mehr, bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) erfolgt das Wachstum nur sehr langsam. Der optimale [[pH-Wert]] des Nährmediums liegt im neutralen Bereich, also bei etwa pH 7,0. Auch unter optimalen Bedingungen verläuft das Wachstum eher langsam, erst nach 4–5 Tagen sind Kolonien zu beobachten.<ref name="PMID20994865" /> |
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''Propionibacterium acnes'' betreibt einen [[Chemotrophie|chemoorganotrophen]] und [[heterotroph]]en [[Stoffwechsel]], er benutzt [[organische Verbindungen]] als Energiequelle und ebenso zum Aufbau zelleigener Stoffe. Es kann in einer [[Fermentation]] verschiedene [[Substrat (Biochemie)|Substrate]] zur Energiegewinnung verwerten. Da ein Hauptprodukt dieser [[Gärung]] die [[Propionsäure]] ist, wird dieser Stoffwechselweg als [[Propionsäuregärung]] bezeichnet. Weitere Produkte dieser Gärung sind [[Essigsäure]] und [[Kohlenstoffdioxid]] (CO<sub>2</sub>).<ref name="brock" /> Als Substrate können von ''Propionibacterium acnes'' verschiedene [[Kohlenhydrate]] verwendet werden, beispielsweise [[Glucose]], [[Fructose]], [[Mannose]] und [[Galactose]]. Auch einige [[Zuckeralkohol]]e, z.B. [[Glycerin]] (Glycerol) können verwertet werden.<ref name="PMID20994865" /> ''[[Propionibacterium]]''-Arten können üblicherweise auch [[Lactat]] – das Anion der [[Milchsäure]] – als Substrat für die Propionsäuregärung nutzen.<ref name="brock" /> Dies trifft nicht auf ''Propionibacterium acnes'' zu.<ref name="PMID20994865" /> |
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Einige Enzyme, die im Stoffwechsel verwendet werden, um bestimmte Substrate abzubauen, werden im Rahmen einer „[[Bunte Reihe (Labor)|Bunten Reihe]]“ nachgewiesen, um ein Bakterium zu identifizieren. ''Propionibacterium acnes'' verfügt über Katalase und ebenso über [[proteolytisch]]e Enzyme, mit denen es [[Gelatine]] abbauen kann, dies wird auch als Gelatineverflüssigung bezeichnet. Eine Nitratreduktion erfolgt durch das Enzym [[Nitratreduktase (NADH)]] ([[EC-Nummer|EC]] 1.7.1.1). Die Bildung von [[Indol]] aus [[Tryptophan]] führen nicht alle Stämme durch, daher kann das Ergebnis im [[Indol-Test]] positiv oder negativ ausfallen. Auf Nährmedien, die einen Zusatz von Blut enthalten (ein sogenannter [[Blutagar]]), ist eine [[Beta-Hämolyse]] zu beobachten.<ref name="PMID20994865" /> Dieses Verhalten ist jedoch nicht für alle Stämme typisch. Untersuchungen von 2010 zeigen, dass vor allem Stämme, die der [[#Gruppen|Gruppe I]] zugeordnet werden, die Fähigkeit zur Hämolyse zeigen, andere Stämme hingegen nicht.<ref name="PMID20808860" /> |
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=== Genetik === |
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Das [[Genom]] zahlreicher [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Stämme]] des Bakteriums wurde bereits vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]]. Die erste Sequenzierung erfolgte 2004 an ''Propionibacterium acnes'' KPA171202.<ref name="PMID15286373" /> Das Genom weist eine Größe von 2560 [[Kilobasenpaare]]n (kb) auf,<ref name="gold1" /> das ist etwa 55 % der Genomgröße von ''[[Escherichia coli#Merkmale|Escherichia coli]]''. Der untersuchte Stamm ([[DSMZ|DSM]] 16379) wurde als [[Kommensalismus|Kommensal]] von der menschlichen [[Haut]] isoliert und als pathogen eingestuft, da er an der Erkrankung ''[[Acne vulgaris]]'' beteiligt war.<ref name="gold1" /> In den folgenden Jahren wurden weitere Stämme genetisch untersucht, mit ähnlichen Ergebnissen bezüglich der Genomgröße. Die untersuchten Bakterienstämme stammten ebenfalls von der menschlichen Haut. Hierbei wurden auch Stämme untersucht, die von Probanden stammten, die nicht an Akne erkrankt waren, diese Stämme wurden folglich als nicht pathogen eingestuft.<ref name="PMID21705602" /> |
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Die Ergebnisse der Sequenzierungen zeigen einen [[GC-Gehalt]] (den Anteil der [[Nukleinbasen]] [[Guanin]] und [[Cytosin]]) in der Bakterien-[[DNA]] von etwa 60 Mol-Prozent.<ref name="gold1" /><ref name="gold2" /> Dies liegt innerhalb des Bereiches von 53–68 Mol-Prozent, der für die [[Gattung (Biologie)|Gattung]] ''Propionibacterium'' typisch ist, die Vertreter werden daher zu der [[phylogenetisch]]en Gruppe der grampositiven Bakterien mit hohem GC-Gehalt gezählt.<ref name="brock" /> |
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=== Pathogenität === |
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''Propionibacterium acnes'' wird durch die Biostoffverordnung in Verbindung mit der TRBA ([[Technische Regeln]] für Biologische Arbeitsstoffe) 466 der [[Biologische_Schutzstufe#Risikogruppen|Risikogruppe]] 2 zugeordnet.<ref name="trba" /> Mikroorganismen in dieser Risikogruppe werden in der Biostoffverordnung definiert als „Biostoffe, die eine Krankheit beim Menschen hervorrufen können und eine Gefahr für Beschäftigte darstellen könnten […]“.<ref name="biostoffv" /> Allerdings wird es als [[Kommensalismus|Kommensal]] zur normalen [[Hautflora]] gezählt.<ref name="PMID20994865" /> Auf der Haut ist er nicht nur ein harmloser Bewohner, sondern ist ein Erreger der [[Akne]] bzw. kann zu dieser Erkrankung beitragen.<ref name="brock" /> Die Forschung, welche Stämme als pathogen anzusehen sind und welche [[Virulenzfaktor]]en sich dafür im Genom nachweisen lassen, läuft noch (Stand 2013)<ref name="PMID21705602" /> und ist im Abschnitt [[#Systematik|Systematik]] näher beschrieben. |
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=== Nachweise === |
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Ein Nährmedium muss zahlreiche Nährstoffe aufweisen, damit ''Propionibacterium acnes'' darauf kultiviert werden kann. Häufig verwendete Bestandteile umfassen [[Fleischextrakt]], [[Pepton]] aus [[Casein]], [[Hefeextrakt]], [[Dikaliumhydrogenphosphat]] (KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>), [[Cystein]], [[Hämine]] und einige [[Vitamine]]. Bei der Herstellung des Mediums, der [[Inokulation|Beimpfung]] und Inkubation muss auf strikte Einhaltung der [[Anaerobie#Identifikation|Anaerobentechnik]] geachtet werden. Inkubiert wird bei einer Temperatur von 37 °C.<ref name="dsmz" /> Weitere empfohlene Zusätze im Medium sind [[Glucose]] und [[Mercaptoessigsäure|Thioglykolat]].<ref name="PMID20994865" /> |
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<!-- Nachweise wie Selektivmedien, biochemische Testverfahren (z. B. Bunte Reihe oder API), serologische |
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Testverfahren (z. B. Agglutinationstest oder ELISA), molekulargenetische Testverfahren (z. B. PCR), auch indirekte |
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Nachweise z. B. über gebildetes Toxin; wenn es mehrere geeignete Methoden gibt, wie verhalten sich deren Leistungsdaten im Vergleich.--> |
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== Vorkommen == |
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Das Bakterium ist ein Teil der Hautflora und Kommensal.<ref name="PMID15286373" /> ''Propionibacterium acnes'' lebt in erster Linie im Hauttalg des [[Haarfollikel]]s, wurde aber auch schon im [[Verdauungstrakt]] gefunden.<ref name="medscape" /> Von einem cm<sup>2</sup> der menschlichen Haut lassen sich bis zu 100.000 Bakterien dieser Art isolieren.<ref name="med_MB" /> |
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== Systematik == |
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[[Datei:Propionibacterium acnes evolution tree 57 ST.png|miniatur|[[Phylogenetischer Baum]] von 57 Sequenztypen aus 210 Isolaten von ''Propionibacterium acnes''.<ref name="PMID20808860" />]] |
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''Propionibacterium acnes'' ist eine von mehrere Arten in der Gattung ''[[Propionibacterium]]''.<ref name="lpsn" /> Von der Art sind etwa 100 Bakterienstämme bekannt.<ref name="ncbi" /> Davon sind zahlreiche Stämme auf der menschlichen Haut nachweisbar, ohne dass sie die Erkrankung ''[[Acne vulgaris]]'' auslösen. Auf der anderen Seite findet sich bei Patienten mit ''Acne vulgaris'' eine vermehrte Anzahl dieser Bakterien.<ref name="PMID21705602" /> Untersuchungen an diesen pathogenen Stämmen zeigen, dass sie bei den Zellen der [[Talgdrüse]]n (Sebozyten) die Produktion von [[Cytokin]]en und [[Chemokin]]en auslösen und so zu einem entzündlichen Prozess beitragen.<ref name="PMID16797202" /> |
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{{Anker|Gruppen}}[[Serologisch]]e Untersuchungen an den verschiedenen Stämmen führten dazu, diese in Gruppen einzuteilen, je nachdem, ob und welche Faktoren nachweisbar waren. So wurden die Gruppen I bis III identifiziert und zwei Untergruppen IA (I-1) and IB (I-2). Diese an [[phänotypisch]]en Merkmalen orientierte Unterteilung beruht auf der Unterscheidung der in der [[Zellwand#Bakterielle Zellwände|Bakterienzellwand]] vorhandenen [[Polysaccharid]]-Ketten und wurde ergänzt durch Untersuchungen, bei denen sich [[Bakteriophagen]] wirtsspezifisch an Zellen anlagern ([[Lysotypie]]). Dieser Einteilung in phänotypische Gruppen folgten später auch [[Genetik|genetische]] Untersuchungen. Seit 2010 erfolgt die genetische Untersuchung im Rahmen einer Multi-[[Genlocus|Locus]] [[DNA-Sequenzanalyse|Sequenzanalyse]] (MLSA), hierbei werden nur bestimmte Gene untersucht. Diese Sequenzanalyse beschränkte sich auf den Nachweis von neun [[Haushaltsgen]]en (englisch ''housekeeping genes'', nicht-regulierte Gene, welche unabhängig von Zelltyp, Zellstadium und äußeren Einflüssen [[Genexpression|exprimiert]] werden) und zwei Genen (tly und camp5), die vermutlich Virulenzfaktoren codieren. Die Untersuchung umfasst 210 Isolate von ''Propionibacterium acnes'' von Patienten mit Akne, Patienten mit anderen Infektionen, an denes es beteiligt ist, sowie von gesunden Menschen, bei denen es Bestandteil der normalen Hautflora ist. Als Ergebnis der MLSA lassen sich die 210 Isolate zu 57 Sequenztypen zuordnen, also 57 unterschiedlichen [[Population (Biologie)|Populationen]], wobei jeder Sequenztyp in der Multi-Locus Sequenzanalyse das gleiche Ergebnis aufweist.<ref name="PMID20808860" /> |
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Mithilfe dieser Daten der MLSA kann ein [[phylogenetischer Baum]] erstellt werden, der die Einteilung in die genannten Gruppen bestätigt (vergleiche Abbildung). Innerhalb einer Gruppe des Stammbaums weisen die Sequenztypen eine ähnliche Zusammensetzung der untersuchten Gene auf. Vergleicht man die Zugehörigkeit der Isolate mit der Krankengeschichte der Patienten, so findet man die Mehrzahl der Isolate von Patienten mit starker Akne (in der Abbildung mit einem schwarzen Punkt markiert) in der Untergruppe I-1. Nur wenige Isolate finden sich in der Untergruppe I-2 oder der Gruppe II und kein einziges in der Gruppe III. Hingegen gehören die Isolate, die an sonstigen Infektionen beteiligt sind (in der Abbildung mit einem roten Kreis markiert), eher zu der Untergruppe 1-2 oder zu den Gruppen II und II als zu der mit Akne in Verbindung gebrachten Untergruppe I-1. Diese Isolate stammen u.a. aus [[Blut]], Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (CSF, [[Liquor cerebrospinalis]]) und post-operativen Infektionen an [[Hüftgelenk]]en. In diesen Fällen geht man davon aus, dass eine [[opportunistische Infektion]] mit ''Propionibacterium acnes'' vorliegt.<ref name="PMID20808860" /> |
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Daher ist es wahrscheinlich, dass nur eine begrenzte Anzahl von Sequenztypen – und somit eine begrenzte Anzahl von Bakterienstämmen – von ''Propionibacterium acnes'' als pathogen im Hinblick auf die Erkrankung ''Acne vulgaris'' einzustufen sind und diese Stämme sehr nah miteinander verwandt sind. Für weitere MLSA-Untersuchungen wurde eine Datenbank eingerichtet, in der die Ergebnisse aller bisher durchgeführten Untersuchungen verglichen werden können.<ref name="mlst" /> Die 2012 abgeschlossene Untersuchung an 285 Isolaten bestätigen die Vermutung, dass es eine Art „[[Abstammungslinie]]“ der pathogene Stämme gibt.<ref name="PMID22859988" /> |
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== Etymologie == |
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Der Gattungsname verweist auf die Produktion von Propionsäure in der gleichnamigen Gärung, der Artname auf die Beteiligung an der Krankheit Akne. ''Propionibacterium acnes'' wurde als ''Bacillus acnes'' 1900 von [[John Dow Fisher Gilchrist]] [[Erstbeschreibung|erstmals beschrieben]].<ref name="lpsn" /> Durch [[David Hendricks Bergey]] u. a. wurde es 1923 der Gattung ''[[Corynebacterium]]'' zugeordnet. Die Untersuchungen von [[Howard C. Douglas]] und [[Shirley E. Günter]] führten 1946 dazu, dass es zu der Gattung ''Propionibacterium'' gestellt wurde, vor allem begründet im Nachweis der Propionsäuregärung und das anaerobe Wachstum.<ref name="PMID20994865" /> |
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== Medizinische Bedeutung == |
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[[Datei:Akne-jugend.jpg|mini|''Acne vulgaris'' bei einem 14-jährigen Jungen]] |
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''Propionibacterium acnes'' ist als Erreger an der Erkrankung [[Akne]] beteiligt und wird insbesondere mit ''[[Acne vulgaris]]'' in Verbindung gebracht. Auch an der Entstehung von [[Komedo]]nen („Mitessern“) ist es beteiligt. In den [[Komedo]]nen kann es sich vermehren, da dort eher anaerobe Bedingungen herrschen. Es ist im Hauttalg der [[Haarfollikel]], vor allem der [[Talgdrüsenfollikel]] zu finden. Da es über das Enzym [[Lipase]] verfügt, kann es Bestandteile des Hauttalgs der [[Talgdrüse]]n zur Energiegewinnung abbauen und sich so vermehren. Die dabei entstehenden entzündungsfördernden Stoffe bewirken durch [[Chemotaxis]] die Anhäufung von [[Leukozyt]]en in dem Gewebe, bei deren Absterben mit [[Eiter]] gefüllte Pusteln entstehen, ein Symptom der Akne.<ref name="med_MB" /> |
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''Propionibacterium acnes'' ist am besten im Zusammenhang mit Akne untersucht, kann aber noch weitere Infektionskrankheiten verursachen:<ref name="PMID21705602" /><ref name="PMID16478502" /> |
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* [[Ulcus corneae]] (Geschwür der Hornhaut des Auges, Hornhautulcus) |
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* [[Endokarditis]] (eine Entzündung der Herzinnenhaut) |
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* [[Sarkoidose]] (eine systemische Erkrankung des Bindegewebes mit Granulombildung) |
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* [[Synovitis]] (eine Entzündung der inneren Schicht der Gelenkkapsel) |
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* [[Hyperostose]] (eine krankhafte Vermehrung der Knochensubstanz) |
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* [[Osteitis]] (auch als Osteomyelitis bezeichnet, eine infektiöse Entzündung des Knochens oder des Knochenmarks) |
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== Einzelnachweise == |
== Einzelnachweise == |
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<references |
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<ref name="biostoffv">{{§§|biostoffv_2013|juris|text=Text der Biostoffverordnung - BioStoffV (2013)}} bei juris. Abgerufen am 17. November 2013.</ref> |
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<ref name="brock">Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: ''Brock Mikrobiologie.'' Deutsche Übersetzung herausgegeben von Werner Goebel, 1. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg/Berlin 2000, ISBN 978-3-8274-0566-1, S. 572–574, 578, 693, 866–867.</ref> |
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<ref name="dsmz">{{Internetquelle | url=http://www.dsmz.de/de/kataloge/katalog-mikroorganismen.html | titel=Katalog der Mikroorganismen | werk= [http://www.dsmz.de/de/start.html Webseite des [[DSMZ|Leibniz Institut DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH]]] | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="gold1">{{Internetquelle | url=http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/GOLDCards.cgi?goldstamp=Gc00204 | titel=Propionibacterium acnes KPA171202 | werk= [http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/index.cgi Webseite Genomes Online Database (GOLD)] | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="gold2">{{Internetquelle | url=http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/GOLDCards.cgi?goldstamp=Gc01806 | titel=Propionibacterium acnes 6609 | werk= [http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/index.cgi Webseite Genomes Online Database (GOLD)] | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="lpsn">{{Internetquelle | url=http://www.bacterio.net/p/propionibacterium.html | titel=Genus Propionibacterium | autor= Jean Euzéby, Aidan C. Parte | werk= [http://www.bacterio.net/ List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature [[Systematik der Bakterien|Systematik der Bakterien (LPSN)]]] | zugriff= 2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="med_MB">{{Literatur | Autor= Herbert Hof, Rüdiger Dörries | Titel= Duale Reihe: Medizinische Mikrobiologie | Auflage= 3. | Verlag= Thieme Verlag | Ort= Stuttgart | Jahr= 2005 | ISBN= 978-3-13-125313-2 | Seiten=305, 335–336}}</ref> |
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<ref name="medscape">{{Internetquelle | url=http://emedicine.medscape.com/article/226337-overview | titel=Propionibacterium Infections | autor= Sajeev Handa | hrsg= Burke A. Cunha | werk= [http://www.medscape.com/ Webseite MedScape] | datum= 2012-06-13| zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="mlst">{{Internetquelle | url=http://pubmlst.org/pacnes/ | titel=Propionibacterium acnes MLST Databases | werk= [http://pubmlst.org/ Webseite der Public databases for molecular typing and microbial genome diversity (PubMLST)] | hrsg= Anna Gao, Andrew McDowell | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="müller">{{Literatur | Autor= Gunther Müller | Titel= Grundlagen der Lebensmittelmikrobiologie | Auflage= 6. | Verlag= Steinkopff Verlag | Ort= Darmstadt | Jahr= 1986 | ISBN= 3-7985-0673-6 | Seiten= 62}}</ref> |
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<ref name="ncbi">{{Internetquelle | url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=1747 | titel=Taxonomy Browser Propionibacterium acnes | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Webseite des [[National Center for Biotechnology Information]] (NCBI)] | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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<ref name="PMID16478502">A. L. Perry, P. A. Lambert: ''Propionibacterium acnes.'' In: ''Letters in applied microbiology.'' Band 42, Nummer 3, März 2006, S. 185–188, {{ISSN|0266-8254}}. {{DOI|10.1111/j.1472-765X.2006.01866.x}}. PMID 16478502. (Review).</ref> |
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<ref name="PMID16797202">I. Nagy, A. Pivarcsi u. a.: ''Propionibacterium acnes and lipopolysaccharide induce the expression of antimicrobial peptides and proinflammatory cytokines/chemokines in human sebocytes.'' In: ''Microbes and infection / Institut Pasteur.'' Band 8, Nummer 8, Juli 2006, S. 2195–2205, {{ISSN|1286-4579}}. {{DOI|10.1016/j.micinf.2006.04.001}}. PMID 16797202.</ref> |
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<ref name="trba">{{Internetquelle | url=http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Biologische-Arbeitsstoffe/TRBA/TRBA-466.html | titel=TRBA (Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe) 466: Einstufung von Prokaryonten (Bacteria und Archaea) in Risikogruppen | werk=[http://www.baua.de Webseite der [[BAuA|Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)]]] | datum= 2012-04-25 | zugriff=2013-11-17}}</ref> |
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== Weblinks == |
== Weblinks == |
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{{Commonscat|Propionibacterium acnes}} |
{{Commonscat|Propionibacterium acnes}} |
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*{{Internetquelle | url=http://flexikon.doccheck.com/de/Acne_vulgaris | titel=Acne vulgaris | werk= [http://flexikon.doccheck.com/de/Spezial:Mainpage DocCheck Flexikon] | zugriff=2013-11-17}} |
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[[Kategorie:Actinobakterien]] |
[[Kategorie:Actinobakterien]] |
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[[Kategorie:Bakterium mit sequenziertem Genom]] |
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Version vom 18. November 2013, 14:55 Uhr
| Propionibacterium acnes | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Propionibacterium acnes | ||||||||||||
| Systematik | ||||||||||||
| ||||||||||||
| Wissenschaftlicher Name | ||||||||||||
| Propionibacterium acnes | ||||||||||||
| (Gilchrist 1900) Douglas & Gunter 1946 |
Propionibacterium acnes ist ein langsam wachsendes grampositives, anaerobes Bakterium. Das Bakterium ist ein Teil der Hautflora und Kommensal, aber auch als Krankheitserreger bei Akne beteiligt. Es wurde früher als Bacillus acnes und Corynebacterium acnes bezeichnet. Von der Art Propionibacterium acnes sind etwa 100 Stämme bekannt, das Genom zahlreicher Stämme wurde bereits vollständig sequenziert. Die Forschung, welche Stämme pathogen sind und z. B. an der Erkrankung Acne vulgaris beteiligt sind, ist derzeit (Stand 2013) noch nicht abgeschlossen.
Merkmale
Erscheinungsbild
Propionibacterium acnes ist ein gram-positives kurzes, stäbchenförmiges Bakterium, auch ellipsoide Zellformen kommen vor. Eine einzelne Zelle ist 0,4–0,5 µm (Mikrometer) breit und 0,8–0,9 µm lang.[1] Im lichtmikroskopischen Bild finden sich meist paarweise angeordnete Zellen, die nicht direkt hintereinander liegen, sondern in einem Winkel. Dies führt bei weiteren Zellteilungen zur Ausbildung von V- oder Y-förmigen Ketten.[2] Das Bakterium besitzt keine Flagellen zur aktiven Bewegung und kann keine Überdauerungsformen wie Endosporen bilden.[3]
Auf festen Nährmedien, die unter anaeroben Bedingungen inkubiert werden, bilden sich nach vier bis fünf Tagen runde Kolonien. Von der Seite betrachtet sind die Kolonien erhaben, dabei erscheinen sie glatt und glänzend, ihr Durchmesser liegt bei 1,5–4,0 mm. Die Kolonien sind weiß, zeigen jedoch nach mehrtägiger Inkubation des Nährmediums eine leichte Färbung hin zu Rosa.[1]
Wachstum und Stoffwechsel
Propionibacterium acnes ist ein anaerobes Bakterium. Ähnlich wie Milchsäurebakterien wird es als aerotolerant angesehen, dies bedeutet, dass es zwar in Anwesenheit von Sauerstoff wächst, diesen aber nicht für seinen Stoffwechsel benötigt. [3] Untersuchungen zur Kultivierung des Bakteriums zeigen jedoch, dass die Anwesenheit von Sauerstoff einen hemmenden Einfluss auf das Wachstum hat.[1] Es verfügt über das Enzym Katalase und kann Cytochrome bilden.[2] Die zur Kultivierung optimale Temperatur liegt bei etwa 37 °C. Bei 45 °C erfolgt kein Wachstum mehr, bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) erfolgt das Wachstum nur sehr langsam. Der optimale pH-Wert des Nährmediums liegt im neutralen Bereich, also bei etwa pH 7,0. Auch unter optimalen Bedingungen verläuft das Wachstum eher langsam, erst nach 4–5 Tagen sind Kolonien zu beobachten.[1]
Propionibacterium acnes betreibt einen chemoorganotrophen und heterotrophen Stoffwechsel, er benutzt organische Verbindungen als Energiequelle und ebenso zum Aufbau zelleigener Stoffe. Es kann in einer Fermentation verschiedene Substrate zur Energiegewinnung verwerten. Da ein Hauptprodukt dieser Gärung die Propionsäure ist, wird dieser Stoffwechselweg als Propionsäuregärung bezeichnet. Weitere Produkte dieser Gärung sind Essigsäure und Kohlenstoffdioxid (CO2).[3] Als Substrate können von Propionibacterium acnes verschiedene Kohlenhydrate verwendet werden, beispielsweise Glucose, Fructose, Mannose und Galactose. Auch einige Zuckeralkohole, z.B. Glycerin (Glycerol) können verwertet werden.[1] Propionibacterium-Arten können üblicherweise auch Lactat – das Anion der Milchsäure – als Substrat für die Propionsäuregärung nutzen.[3] Dies trifft nicht auf Propionibacterium acnes zu.[1]
Einige Enzyme, die im Stoffwechsel verwendet werden, um bestimmte Substrate abzubauen, werden im Rahmen einer „Bunten Reihe“ nachgewiesen, um ein Bakterium zu identifizieren. Propionibacterium acnes verfügt über Katalase und ebenso über proteolytische Enzyme, mit denen es Gelatine abbauen kann, dies wird auch als Gelatineverflüssigung bezeichnet. Eine Nitratreduktion erfolgt durch das Enzym Nitratreduktase (NADH) (EC 1.7.1.1). Die Bildung von Indol aus Tryptophan führen nicht alle Stämme durch, daher kann das Ergebnis im Indol-Test positiv oder negativ ausfallen. Auf Nährmedien, die einen Zusatz von Blut enthalten (ein sogenannter Blutagar), ist eine Beta-Hämolyse zu beobachten.[1] Dieses Verhalten ist jedoch nicht für alle Stämme typisch. Untersuchungen von 2010 zeigen, dass vor allem Stämme, die der Gruppe I zugeordnet werden, die Fähigkeit zur Hämolyse zeigen, andere Stämme hingegen nicht.[4]
Genetik
Das Genom zahlreicher Stämme des Bakteriums wurde bereits vollständig sequenziert. Die erste Sequenzierung erfolgte 2004 an Propionibacterium acnes KPA171202.[5] Das Genom weist eine Größe von 2560 Kilobasenpaaren (kb) auf,[6] das ist etwa 55 % der Genomgröße von Escherichia coli. Der untersuchte Stamm (DSM 16379) wurde als Kommensal von der menschlichen Haut isoliert und als pathogen eingestuft, da er an der Erkrankung Acne vulgaris beteiligt war.[6] In den folgenden Jahren wurden weitere Stämme genetisch untersucht, mit ähnlichen Ergebnissen bezüglich der Genomgröße. Die untersuchten Bakterienstämme stammten ebenfalls von der menschlichen Haut. Hierbei wurden auch Stämme untersucht, die von Probanden stammten, die nicht an Akne erkrankt waren, diese Stämme wurden folglich als nicht pathogen eingestuft.[7]
Die Ergebnisse der Sequenzierungen zeigen einen GC-Gehalt (den Anteil der Nukleinbasen Guanin und Cytosin) in der Bakterien-DNA von etwa 60 Mol-Prozent.[6][8] Dies liegt innerhalb des Bereiches von 53–68 Mol-Prozent, der für die Gattung Propionibacterium typisch ist, die Vertreter werden daher zu der phylogenetischen Gruppe der grampositiven Bakterien mit hohem GC-Gehalt gezählt.[3]
Pathogenität
Propionibacterium acnes wird durch die Biostoffverordnung in Verbindung mit der TRBA (Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe) 466 der Risikogruppe 2 zugeordnet.[9] Mikroorganismen in dieser Risikogruppe werden in der Biostoffverordnung definiert als „Biostoffe, die eine Krankheit beim Menschen hervorrufen können und eine Gefahr für Beschäftigte darstellen könnten […]“.[10] Allerdings wird es als Kommensal zur normalen Hautflora gezählt.[1] Auf der Haut ist er nicht nur ein harmloser Bewohner, sondern ist ein Erreger der Akne bzw. kann zu dieser Erkrankung beitragen.[3] Die Forschung, welche Stämme als pathogen anzusehen sind und welche Virulenzfaktoren sich dafür im Genom nachweisen lassen, läuft noch (Stand 2013)[7] und ist im Abschnitt Systematik näher beschrieben.
Nachweise
Ein Nährmedium muss zahlreiche Nährstoffe aufweisen, damit Propionibacterium acnes darauf kultiviert werden kann. Häufig verwendete Bestandteile umfassen Fleischextrakt, Pepton aus Casein, Hefeextrakt, Dikaliumhydrogenphosphat (KH2PO4), Cystein, Hämine und einige Vitamine. Bei der Herstellung des Mediums, der Beimpfung und Inkubation muss auf strikte Einhaltung der Anaerobentechnik geachtet werden. Inkubiert wird bei einer Temperatur von 37 °C.[11] Weitere empfohlene Zusätze im Medium sind Glucose und Thioglykolat.[1]
Vorkommen
Das Bakterium ist ein Teil der Hautflora und Kommensal.[5] Propionibacterium acnes lebt in erster Linie im Hauttalg des Haarfollikels, wurde aber auch schon im Verdauungstrakt gefunden.[12] Von einem cm2 der menschlichen Haut lassen sich bis zu 100.000 Bakterien dieser Art isolieren.[13]
Systematik
Propionibacterium acnes ist eine von mehrere Arten in der Gattung Propionibacterium.[14] Von der Art sind etwa 100 Bakterienstämme bekannt.[15] Davon sind zahlreiche Stämme auf der menschlichen Haut nachweisbar, ohne dass sie die Erkrankung Acne vulgaris auslösen. Auf der anderen Seite findet sich bei Patienten mit Acne vulgaris eine vermehrte Anzahl dieser Bakterien.[7] Untersuchungen an diesen pathogenen Stämmen zeigen, dass sie bei den Zellen der Talgdrüsen (Sebozyten) die Produktion von Cytokinen und Chemokinen auslösen und so zu einem entzündlichen Prozess beitragen.[16]
Serologische Untersuchungen an den verschiedenen Stämmen führten dazu, diese in Gruppen einzuteilen, je nachdem, ob und welche Faktoren nachweisbar waren. So wurden die Gruppen I bis III identifiziert und zwei Untergruppen IA (I-1) and IB (I-2). Diese an phänotypischen Merkmalen orientierte Unterteilung beruht auf der Unterscheidung der in der Bakterienzellwand vorhandenen Polysaccharid-Ketten und wurde ergänzt durch Untersuchungen, bei denen sich Bakteriophagen wirtsspezifisch an Zellen anlagern (Lysotypie). Dieser Einteilung in phänotypische Gruppen folgten später auch genetische Untersuchungen. Seit 2010 erfolgt die genetische Untersuchung im Rahmen einer Multi-Locus Sequenzanalyse (MLSA), hierbei werden nur bestimmte Gene untersucht. Diese Sequenzanalyse beschränkte sich auf den Nachweis von neun Haushaltsgenen (englisch housekeeping genes, nicht-regulierte Gene, welche unabhängig von Zelltyp, Zellstadium und äußeren Einflüssen exprimiert werden) und zwei Genen (tly und camp5), die vermutlich Virulenzfaktoren codieren. Die Untersuchung umfasst 210 Isolate von Propionibacterium acnes von Patienten mit Akne, Patienten mit anderen Infektionen, an denes es beteiligt ist, sowie von gesunden Menschen, bei denen es Bestandteil der normalen Hautflora ist. Als Ergebnis der MLSA lassen sich die 210 Isolate zu 57 Sequenztypen zuordnen, also 57 unterschiedlichen Populationen, wobei jeder Sequenztyp in der Multi-Locus Sequenzanalyse das gleiche Ergebnis aufweist.[4]
Mithilfe dieser Daten der MLSA kann ein phylogenetischer Baum erstellt werden, der die Einteilung in die genannten Gruppen bestätigt (vergleiche Abbildung). Innerhalb einer Gruppe des Stammbaums weisen die Sequenztypen eine ähnliche Zusammensetzung der untersuchten Gene auf. Vergleicht man die Zugehörigkeit der Isolate mit der Krankengeschichte der Patienten, so findet man die Mehrzahl der Isolate von Patienten mit starker Akne (in der Abbildung mit einem schwarzen Punkt markiert) in der Untergruppe I-1. Nur wenige Isolate finden sich in der Untergruppe I-2 oder der Gruppe II und kein einziges in der Gruppe III. Hingegen gehören die Isolate, die an sonstigen Infektionen beteiligt sind (in der Abbildung mit einem roten Kreis markiert), eher zu der Untergruppe 1-2 oder zu den Gruppen II und II als zu der mit Akne in Verbindung gebrachten Untergruppe I-1. Diese Isolate stammen u.a. aus Blut, Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (CSF, Liquor cerebrospinalis) und post-operativen Infektionen an Hüftgelenken. In diesen Fällen geht man davon aus, dass eine opportunistische Infektion mit Propionibacterium acnes vorliegt.[4]
Daher ist es wahrscheinlich, dass nur eine begrenzte Anzahl von Sequenztypen – und somit eine begrenzte Anzahl von Bakterienstämmen – von Propionibacterium acnes als pathogen im Hinblick auf die Erkrankung Acne vulgaris einzustufen sind und diese Stämme sehr nah miteinander verwandt sind. Für weitere MLSA-Untersuchungen wurde eine Datenbank eingerichtet, in der die Ergebnisse aller bisher durchgeführten Untersuchungen verglichen werden können.[17] Die 2012 abgeschlossene Untersuchung an 285 Isolaten bestätigen die Vermutung, dass es eine Art „Abstammungslinie“ der pathogene Stämme gibt.[18]
Etymologie
Der Gattungsname verweist auf die Produktion von Propionsäure in der gleichnamigen Gärung, der Artname auf die Beteiligung an der Krankheit Akne. Propionibacterium acnes wurde als Bacillus acnes 1900 von John Dow Fisher Gilchrist erstmals beschrieben.[14] Durch David Hendricks Bergey u. a. wurde es 1923 der Gattung Corynebacterium zugeordnet. Die Untersuchungen von Howard C. Douglas und Shirley E. Günter führten 1946 dazu, dass es zu der Gattung Propionibacterium gestellt wurde, vor allem begründet im Nachweis der Propionsäuregärung und das anaerobe Wachstum.[1]
Medizinische Bedeutung
Propionibacterium acnes ist als Erreger an der Erkrankung Akne beteiligt und wird insbesondere mit Acne vulgaris in Verbindung gebracht. Auch an der Entstehung von Komedonen („Mitessern“) ist es beteiligt. In den Komedonen kann es sich vermehren, da dort eher anaerobe Bedingungen herrschen. Es ist im Hauttalg der Haarfollikel, vor allem der Talgdrüsenfollikel zu finden. Da es über das Enzym Lipase verfügt, kann es Bestandteile des Hauttalgs der Talgdrüsen zur Energiegewinnung abbauen und sich so vermehren. Die dabei entstehenden entzündungsfördernden Stoffe bewirken durch Chemotaxis die Anhäufung von Leukozyten in dem Gewebe, bei deren Absterben mit Eiter gefüllte Pusteln entstehen, ein Symptom der Akne.[13]
Propionibacterium acnes ist am besten im Zusammenhang mit Akne untersucht, kann aber noch weitere Infektionskrankheiten verursachen:[7][19]
- Ulcus corneae (Geschwür der Hornhaut des Auges, Hornhautulcus)
- Endokarditis (eine Entzündung der Herzinnenhaut)
- Sarkoidose (eine systemische Erkrankung des Bindegewebes mit Granulombildung)
- Synovitis (eine Entzündung der inneren Schicht der Gelenkkapsel)
- Hyperostose (eine krankhafte Vermehrung der Knochensubstanz)
- Osteitis (auch als Osteomyelitis bezeichnet, eine infektiöse Entzündung des Knochens oder des Knochenmarks)
Einzelnachweise
- ↑ a b c d e f g h i j H. C. Douglas, S. E. Gunter: The taxonomic position of Corynebacterium acnes. In: Journal of bacteriology. Band 52, Juli 1946, S. 15–23, ISSN 0021-9193. PMID 20994865.
- ↑ a b Gunther Müller: Grundlagen der Lebensmittelmikrobiologie. 6. Auflage. Steinkopff Verlag, Darmstadt 1986, ISBN 3-7985-0673-6, S. 62.
- ↑ a b c d e f Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock Mikrobiologie. Deutsche Übersetzung herausgegeben von Werner Goebel, 1. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg/Berlin 2000, ISBN 978-3-8274-0566-1, S. 572–574, 578, 693, 866–867.
- ↑ a b c d H. B. Lomholt, M. Kilian: Population genetic analysis of Propionibacterium acnes identifies a subpopulation and epidemic clones associated with acne. In: PloS one. Band 5, Nummer 8, 2010, S. e12277, ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0012277. PMID 20808860. PMC 2924382 (freier Volltext).
- ↑ a b H. Brüggemann, A. Henne u. a.: The complete genome sequence of Propionibacterium acnes, a commensal of human skin. In: Science (New York, N.Y.). Band 305, Nummer 5684, Juli 2004, S. 671–673, ISSN 1095-9203. doi:10.1126/science.1100330. PMID 15286373.
- ↑ a b c Propionibacterium acnes KPA171202. In: Webseite Genomes Online Database (GOLD). Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ a b c d J. Hunyadkürti, Z. Feltóti u. a.: Complete genome sequence of Propionibacterium acnes type IB strain 6609. In: Journal of bacteriology. Band 193, Nummer 17, September 2011, S. 4561–4562, ISSN 1098-5530. doi:10.1128/JB.05372-11. PMID 21705602. PMC 3165515 (freier Volltext).
- ↑ Propionibacterium acnes 6609. In: Webseite Genomes Online Database (GOLD). Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ TRBA (Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe) 466: Einstufung von Prokaryonten (Bacteria und Archaea) in Risikogruppen. In: Webseite der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA). 25. April 2012, abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ Text der Biostoffverordnung - BioStoffV (2013) bei juris. Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ Katalog der Mikroorganismen. In: Webseite des Leibniz Institut DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH. Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ Sajeev Handa: Propionibacterium Infections. In: Webseite MedScape. Burke A. Cunha, 13. Juni 2012, abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ a b Herbert Hof, Rüdiger Dörries: Duale Reihe: Medizinische Mikrobiologie. 3. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 978-3-13-125313-2, S. 305, 335–336.
- ↑ a b Jean Euzéby, Aidan C. Parte: Genus Propionibacterium. In: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature Systematik der Bakterien (LPSN). Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ Taxonomy Browser Propionibacterium acnes. In: Webseite des National Center for Biotechnology Information (NCBI). Abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ I. Nagy, A. Pivarcsi u. a.: Propionibacterium acnes and lipopolysaccharide induce the expression of antimicrobial peptides and proinflammatory cytokines/chemokines in human sebocytes. In: Microbes and infection / Institut Pasteur. Band 8, Nummer 8, Juli 2006, S. 2195–2205, ISSN 1286-4579. doi:10.1016/j.micinf.2006.04.001. PMID 16797202.
- ↑ Propionibacterium acnes MLST Databases. In: Webseite der Public databases for molecular typing and microbial genome diversity (PubMLST). Anna Gao, Andrew McDowell, abgerufen am 17. November 2013.
- ↑ A. McDowell, E. Barnard u. a.: An expanded multilocus sequence typing scheme for propionibacterium acnes: investigation of 'pathogenic', 'commensal' and antibiotic resistant strains. In: PloS one. Band 7, Nummer 7, 2012, S. e41480, ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0041480. PMID 22859988. PMC 3408437 (freier Volltext).
- ↑ A. L. Perry, P. A. Lambert: Propionibacterium acnes. In: Letters in applied microbiology. Band 42, Nummer 3, März 2006, S. 185–188, ISSN 0266-8254. doi:10.1111/j.1472-765X.2006.01866.x. PMID 16478502. (Review).
Weblinks
- Acne vulgaris. In: DocCheck Flexikon. Abgerufen am 17. November 2013.