„Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus“ – Versionsunterschied

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'''''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus''''' (ausgeschrieben '''''Lactobacillus delbrueckii'' subspezies ''bulgaricus''''', als Kurzform ist auch ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' gebräuchlich) ist ein [[grampositiv]]es, [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmiges]] [[Bakterium]], das zur Herstellung von [[Joghurt]] verwendet wird. Dabei verwertet das Bakterium die in der [[Milch]] vorhandene [[Lactose]] (Milchzucker) in der [[Milchsäuregärung]], die dabei gebildete [[Milchsäure]] führt zur Säuerung und [[Dicklegen|Dicklegung]] der Milch.
'''''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus''''' (ausgeschrieben '''''Lactobacillus delbrueckii'' subspezies ''bulgaricus''''', als Kurzform ist auch ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' gebräuchlich) ist ein [[Gram-Färbung|grampositives]], [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmiges]] [[Bakterium]], das zur Herstellung von [[Joghurt]] verwendet wird. Dabei verwertet das Bakterium den in der [[Milch]] vorhandenen Milchzucker ([[Lactose]]) in der [[Milchsäuregärung]], die dabei gebildete [[Milchsäure]] führt zur Säuerung und [[Dicklegen|Dicklegung]] der Milch.


Es ist eine [[Unterart]] (Subspezies) des ''Lactobacillus delbrueckii''. Früher war das Bakterium unter dem Namen '''''Lactobacillus bulgaricus''''' bekannt. Diese Bezeichnung geht auf den [[Bulgarien|bulgarischen]] Arzt [[Stamen Grigorow]] zurück, der das Bakterium 1905 entdeckte. Die Subspezies umfasst zahlreiche [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Stämme]]. Das [[Genom]] des Stammes ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' ATCC 11842 wurde im Jahr 2006 vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]].
Es handelt sich um eine [[Unterart]] (Subspezies) des ''Lactobacillus delbrueckii''. Vor 1984 war das Bakterium unter dem Namen '''''Lactobacillus bulgaricus''''' bekannt. Diese Bezeichnung geht auf den [[Bulgarien|bulgarischen]] Wissenschaftler [[Stamen Grigorow]] zurück, der 1905 den in Bulgarien bereits bekannten Joghurt mikrobiologisch untersuchte und darin Bakterien entdeckte. Die Subspezies umfasst zahlreiche [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Bakterienstämme]]. Das [[Genom]] des Stammes ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' ATCC 11842 wurde im Jahr 2006 vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]].


== Merkmale ==
== Merkmale ==
=== Erscheinungsbild ===
=== Erscheinungsbild ===
''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' ist ein [[Grampositiv|gram-positives]] mittellanges, [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmiges]] Bakterium. Eine einzelne Zelle ist 2,0–9,0 [[µm]] (Mikrometer) lang und 0,5–0,8 µm breit. Im [[Lichtmikroskop|lichtmikroskopischen Bild]] finden sich einzelne Zellen, aber auch kurze Ketten von Zellen hintereinander. Das Bakterium besitzt keine [[Flagellen]] zur aktiven Bewegung und kann keine Überdauerungsformen wie [[Endospore]]n bilden.<ref name="MO_Unterricht" />
''Lactobacillus delbrueckii'' subspezies ''bulgaricus'' ist ein [[Gram-Färbung|grampositives]] mittellanges, [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmiges]] Bakterium. Eine einzelne Zelle ist 2,0–9,0&nbsp;[[µm]] (Mikrometer) lang und 0,5–0,8&nbsp;µm breit. Im [[Lichtmikroskop|lichtmikroskopischen Bild]] finden sich einzelne Zellen, aber auch kurze Ketten von Zellen hintereinander. Das Bakterium besitzt keine [[Flagellen]] zur aktiven Bewegung und kann keine Überdauerungsformen wie [[Endospore]]n bilden.<ref name="MO_Unterricht" />


In [[Reinkultur]] bildet er auf festen, [[Glucose]]-haltigen [[Nährmedium|Nährböden]] kreisrunde, farblose bis [[Opazität|opak]] erscheinende [[Kolonie (Biologie)|Kolonien]], die mit einem Durchmesser von 2 bis 5 [[Millimeter|mm]] klein sind.<ref name="MO_Unterricht" />
In [[Reinkultur]] bildet er auf festen, [[Glucose]]-haltigen [[Nährmedium|Nährböden]] kreisrunde, farblose bis [[Opazität|opak]] erscheinende [[Kolonie (Biologie)|Kolonien]]. In der seitlichen Ansicht erscheinen sie konvex erhaben. Nach [[Inkubator (Biologie)|Inkubation]] bei 37&nbsp;°C über drei Tage erreichen die Kolonien einen Durchmesser von 2 bis 5&nbsp;[[Millimeter|mm]].<ref name="MO_Unterricht" />


=== Wachstum und Stoffwechsel ===
=== Wachstum und Stoffwechsel ===
Als typische Vertreter der [[Milchsäurebakterien]] wachsen Lactobacillen [[anaerob]], aber aerotolerant, d.&nbsp;h. sie wachsen in der Anwesenheit von Luftsauerstoff, benötigen aber keinen [[Sauerstoff]] für ihren [[Stoffwechsel]]. Dabei sind sie [[Katalase]]-negativ und [[Oxidase-Test|Oxidase]]-negativ.<ref name="MO_Unterricht" /> Sie sind jedoch in der Lage, [[Cytochrome]] zu bilden, wenn sie auf Nährböden [[Mikroorganismenkultur|kultiviert]] werden, die [[Hämine]] oder [[Blutagar|Blut]] enthalten. In diesem Fall zeigen sie dann eine positive Reaktion im Oxidase-Test. Weiterhin ist ein für Milchsäurebakterien typisches Kennzeichen der Bedarf an komplexen [[Supplin|Wachstumsfaktoren]] und [[Aminosäure]]n bei der Kultivierung.<ref name="schlegel" />
Als typische Vertreter der [[Milchsäurebakterien]] wachsen Lactobacillen [[anaerob]], aber aerotolerant, d.&nbsp;h. sie wachsen in der Anwesenheit von Luftsauerstoff, benötigen aber keinen [[Sauerstoff]] für ihren [[Stoffwechsel]]. Dabei sind sie [[Katalase]]-negativ und [[Oxidase-Test|Oxidase]]-negativ.<ref name="MO_Unterricht" /> Sie sind jedoch in der Lage, [[Cytochrome]] zu bilden, wenn sie auf Nährböden [[Mikroorganismenkultur|kultiviert]] werden, die [[Hämine]] oder [[Blutagar|Blut]] enthalten. In diesem Fall zeigen sie dann eine positive Reaktion im Oxidase-Test. Weiterhin ist ein für Milchsäurebakterien typisches Kennzeichen der Bedarf an komplexen [[Supplin|Wachstumsfaktoren]] und [[Aminosäuren]] bei der Kultivierung.<ref name="schlegel" /> ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' benötigt unter anderem [[Riboflavin]] (Vitamin B<sub>2</sub>), [[Nicotinsäure|Niacin]] (Vitamin B<sub>3</sub>) und [[Pantothensäure]] (Vitamin B<sub>5</sub>).<ref name="rogosa" />


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Die zur Kultivierung üblicherweise verwendeten Temperaturen liegen im Bereich von 30–40&nbsp;°C,<ref name="MO_Unterricht" /> bei 15&nbsp;°C erfolgt kein [[Bakterielles Wachstum|Wachstum]].<ref name="rogosa" /> Das Bakterium wächst auch noch gut bei 45&nbsp;°C,<ref name="brock" /> das Temperaturoptimum eines untersuchten Stammes liegt bei 42&nbsp;°C.<ref name="gold1" /> Somit zählt das Bakterium zu den [[Mesophilie|mesophilen]] Organismen, mit Tendenz zur [[Thermophilie]]. Der optimale [[pH-Wert]] für das Wachstum liegt im leicht sauren Milieu (pH-Wert 5,2 bis 6,2),<ref name="MO_Unterricht" /> wobei auch pH-Werte bis pH 4,0 toleriert werden.<ref name="brock" /> Durch die produzierte [[Milchsäure]] sinkt der pH-Wert des Nährmediums, sofern keine [[Puffer (Chemie)|puffernden]] Zusätze enthalten sind.

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Einige [[Enzym]]e, die im Stoffwechsel verwendet werden, um bestimmte Substrate abzubauen, werden im Rahmen einer „[[Bunte Reihe (Labor)|Bunten Reihe]]“ nachgewiesen, um ein Bakterium zu identifizieren. Hier zeichnet sich ''L.&nbsp;delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' dadurch aus, dass er viele dieser Enzyme nicht besitzt. So besitzt er weder Katalase noch Oxidase. Eine Nitratreduktion durch das Enzym [[Nitratreduktase (NADH)]] ({{EC|1.7.1.1}}) ist nicht möglich, ebenso wenig der Abbau von [[Proteine]]n (Eiweißen) durch [[proteolytisch]]e Enzyme oder der Abbau von [[Harnstoff]] durch das Enzym [[Urease]].<ref name="MO_Unterricht" /> Ebenso wenig ist das Enzym Arginindihydrolase ({{EC|3.5.3.6}}) vorhanden, so dass keine Abspaltung von [[Ammoniak]] aus der Aminosäure [[Arginin]] erfolgt. Das Enzym [[β-Galactosidase]] ist vorhanden und ermöglicht ihm das Wachstum in Milch unter Verwertung des darin enthaltenen Milchzuckers ([[Lactose]]).<ref name="hammes_355" />

''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' kann als ein typisches Milchsäurebakterium in einer [[Fermentation]] verschiedene [[Kohlenhydrate]] zur Energiegewinnung verwerten. Diese Subspezies ist in der Lage, [[Glucose]] und Lactose zu verwerten, während ''L. delbrueckii'' subsp. ''delbrueckii'' keine Lactose verwerten kann.<ref name="MO_Unterricht" /><ref name="rogosa" /><ref name="hammes_355" /> Weitere [[Monosaccharide]], die genutzt werden können, sind [[Fructose]], [[Galactose]] und [[Mannose]], wobei diese Ergebnisse variabel sind, d.&nbsp;h. sie führen nicht immer zu einem positiven Testergebnis oder unterschiedliche Arbeitsgruppen kommen zu unterschiedlichen Resultaten.<ref name="rogosa" /> Andere Quellen geben an, dass Galactose und Mannose nicht verwertet werden können.<ref name="hammes_355" />

Wegen dieser widersprüchlichen Aussagen, die teilweise auf Untersuchungen basieren, die in den 1970er Jahren durchgeführt wurden, erfolgte 2012 eine erneute Untersuchung, die zeigen sollte, unter welchen Bedingungen welche Kohlenhydrate verwertet werden. Dabei wurde zum einen ein [[Analytical Profile Index|miniaturisiertes Testsystem]] (API 50 CHL) verwendet, das auf dem [[Hugh-Leifson-Test|Oxidations-Fermentations-Test]] beruht, bei dem der Abbau eines Kohlenhydrats durch Säurebildung und damit verbunden dem Farbumschlag eines [[pH-Indikator]]s erkannt wird. Als weitere Methode wurde ein Verfahren mit [[Mikrotiterplatte]]n (AN MicroPlate) eingesetzt, mit dem die „[[Aerobe Atmung|Zellatmung]]“ [[Kolorimetrie|kolorimetrisch]] gemessen wird. Dazu wird der [[Redoxreaktion|Redox]]-Indikator [[Triphenyltetrazoliumchlorid|Tetrazolium]] verwendet, der bei [[Oxidation]] der [[Substrat (Biochemie)|Substrate]] selber [[Reduktion (Chemie)|reduziert]] wird und rot erscheint. Die Untersuchung umfasste 300 [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Bakterienstämme]] beim Test auf Säurebildung und 29 Stämme beim Test auf „Zellatmung“. Die Inkubation erfolgte jeweils anaerob. Allerdings kommen die unterschiedlichen Untersuchungsmethoden teilweise zu unterschiedlichen Egebnissen. Kein Zweifel besteht daran, dass Glucose, Lactose und Fructose verwertet werden. Für Galactose hingegen zeigt der Test auf Säurebildung bei 25 % der untersuchten Stämme ein positives Ergebnis, während der Test mit dem Redox-Indikator bei den untersuchten Stämmen zu einem negativen Ergebnis führt. Für Mannose zeigt der Test auf Säurebildung bei 25 % der untersuchten Stämme ein positives Ergebnis, während beim Test mit dem Redox-Indikator alle untersuchten Stämme ein positives Ergebnis verursachen. Als mögliche Erklärung wird angegeben, dass die Reduktion des Tetrazoliums direkt den Stoffwechselprozess anzeigt, bei der ein Substrat oxidiert wird, während bei der Säurebildung mögliche Endprodukte, aber auch [[Metabolit|Zwischenprodukte]] angezeigt werden.<ref name="michaylova" />

=== Milchsäuregärung ===
{{Siehe auch|Milchsäuregärung}}
[[Datei:D-Lactat-Ion.svg|mini|Strukturformel des D-[[Lactat]]-Ions]]
[[Datei:D-Lactat-Ion.svg|mini|Strukturformel des D-[[Lactat]]-Ions]]
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:D-Milchsäure.svg|mini|Strukturformel der D-[[Milchsäure]]]]</div>
<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:D-Milchsäure.svg|mini|Strukturformel der D-[[Milchsäure]]]]</div>
''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' kann als ein typisches Milchsäurebakterium in einer [[Fermentation]] verschiedene [[Kohlenhydrate]] zur Energiegewinnung verwerten. Diese Subspezies ist in der Lage, [[Glucose]], [[Fructose]] und [[Lactose]] zu verwerten.<ref name="MO_Unterricht" /> Kennzeichen einer Fermentation (Gärung) ist, dass die [[Substrat (Biochemie)|Substrate]] ohne Sauerstoff abgebaut werden. Das für Milchsäurebakterien typische Produkt bei der Fermentation ist die [[Milchsäure]], folglich wird dieser [[Stoffwechselweg]] als [[Milchsäuregärung]] bezeichnet. Da Milchsäure bzw. [[Lactat]] (das [[Anion]] der Milchsäure) das Hauptprodukt dieser Gärung ist, wird ''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' zu den homofermentativen Lactobacillaceae gerechnet.<ref name="schlegel" />
Kennzeichen einer Fermentation ([[Gärung]]) ist, dass die Substrate ohne Sauerstoff abgebaut werden. Das für Milchsäurebakterien typische Produkt bei der Fermentation ist die Milchsäure, folglich wird dieser [[Stoffwechselweg]] als [[Milchsäuregärung]] bezeichnet. Da Milchsäure bzw. [[Lactat]] (das [[Anion]] der Milchsäure) das Hauptprodukt dieser Gärung ist, wird ''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' zu den homofermentativen Lactobacillaceae gerechnet.<ref name="schlegel" />


[[Datei:Homofermentative Milchsäuregärung.png|miniatur|hochkant=0.8|Die homofermentative Milchsäuregärung als Übersichtsschema, ausgehend von Glucose.]]
[[Datei:Homofermentative Milchsäuregärung.png|miniatur|hochkant=0.8|Die homofermentative Milchsäuregärung als Übersichtsschema, ausgehend von Glucose.]]
Er verfügt über [[Aldolase]], ein wichtiges [[Enzym]] im Stoffwechselweg [[Glykolyse]], somit kann er Glucose in der Glykolyse abbauen. Andere [[Hexosen]] wie Fructose werden dafür in Glucose umgewandelt. Das [[Disaccharid]] Lactose (Milchzucker) wird mit Hilfe des bakterieneigenen Enzyms [[β-Galactosidase]] in die beiden Bestandteile Glucose und [[Galactose]] gespalten. Die Galactose wird mit Hilfe des Enzyms [[UDP-Glucose-4-Epimerase]] in Glucose umgewandelt. ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' verfügt über dieses Enzym.<ref name="genome" />
Er verfügt über [[Aldolase]], ein wichtiges [[Enzym]] im Stoffwechselweg [[Glykolyse]], somit kann er Glucose in der Glykolyse abbauen. Andere [[Hexosen]] wie Fructose werden dafür in Glucose umgewandelt. Das [[Disaccharid]] Lactose (Milchzucker) wird mit Hilfe des bakterieneigenen Enzyms β-Galactosidase in die beiden Bestandteile Glucose und Galactose gespalten. Die Galactose kann mit Hilfe des Enzyms [[UDP-Glucose-4-Epimerase]] in Glucose umgewandelt werden. ''L. delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' verfügt über dieses Enzym.<ref name="genome" /> Allerdings zeigen Untersuchungen, dass Galactose nicht immer verwertet wird.<ref name="michaylova" />


In der Glykolyse wird dann ein Molekül Glucose zu zwei Molekülen [[Pyruvat]] abgebaut. Dieses wird anschließend vom Enzym [[Lactatdehydrogenase]] mit dem bei der [[Oxidation]] von [[Glycerinaldehydphosphat]] gebildeten [[Coenzym]] [[NADH]] zu Lactat [[Reduktion (Chemie)|reduziert]], das NADH wird dabei zu NAD<sup>+</sup> oxidiert. Somit werden insgesamt gesehen aus einem Molekül Glucose zwei Moleküle Milchsäure gebildet. Dabei liegt der Energiegewinn bei zwei Molekülen [[Adenosintriphosphat|ATP]] je Molekül Glucose (vergleiche Abbildung).
In der Glykolyse wird dann ein Molekül Glucose zu zwei Molekülen [[Pyruvat]] abgebaut. Dieses wird anschließend vom Enzym [[Lactatdehydrogenase]] mit dem bei der [[Oxidation]] von [[Glycerinaldehydphosphat]] gebildeten [[Coenzym]] [[NADH]] zu Lactat [[Reduktion (Chemie)|reduziert]], das NADH wird dabei zu NAD<sup>+</sup> oxidiert. Somit werden insgesamt gesehen aus einem Molekül Glucose zwei Moleküle Milchsäure gebildet. Dabei liegt der Energiegewinn bei zwei Molekülen [[Adenosintriphosphat|ATP]] je Molekül Glucose (vergleiche Abbildung).
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Neben dem Hauptprodukt Lactat findet man noch geringe Mengen (in der Summe weniger als 10 %) von [[Acetat]], [[Kohlendioxid]], [[Ethanol]] oder [[Acetoin]].<ref name="schlegel" /> Das in Joghurt in geringen Mengen als [[Aroma|Geschmacksstoff]] enthaltene [[Acetaldehyd]] wird nicht durch ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' gebildet, sondern durch den ebenfalls in Starterkulturen vorhandenen ''Streptococcus thermophilus''.<ref name="PMID 12406762" />
Neben dem Hauptprodukt Lactat findet man noch geringe Mengen (in der Summe weniger als 10 %) von [[Acetat]], [[Kohlendioxid]], [[Ethanol]] oder [[Acetoin]].<ref name="schlegel" /> Das in Joghurt in geringen Mengen als [[Aroma|Geschmacksstoff]] enthaltene [[Acetaldehyd]] wird nicht durch ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' gebildet, sondern durch den ebenfalls in Starterkulturen vorhandenen ''Streptococcus thermophilus''.<ref name="PMID 12406762" />

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Die zur Kultivierung üblicherweise verwendeten Temperaturen liegen im Bereich von 30–40&nbsp;°C<ref name="MO_Unterricht" />, das Bakterium wächst auch noch gut bei 45&nbsp;°C,<ref name="brock" /> das Temperaturoptimum eines untersuchten Stammes liegt bei 42&nbsp;°C.<ref name="gold1" /> Somit zählt das Bakterium zu den [[mesophil]]en Organismen, mit Tendenz zur [[Thermophil|Thermophilie]]. Der optimale [[pH-Wert]] für das Wachstum liegt bei einem leicht sauren pH-Wert (pH 5,2 bis 6,2)<ref name="MO_Unterricht" /> wobei auch saure pH-Werte bis pH 4,0 toleriert werden.<ref name="brock" /> Durch die produzierte Milchsäure sinkt der pH-Wert des Nährmediums, sofern keine [[Puffer (Chemie)|puffernden]] Zusätze enthalten sind.

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Einige [[Enzym]]e, die im Stoffwechsel verwendet werden, um bestimmte Substrate abzubauen, werden im Rahmen einer „[[Bunte Reihe (Labor)|Bunten Reihe]]“ nachgewiesen, um ein Bakterium zu identifizieren. Hier zeichnet sich ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' dadurch aus, dass er viele dieser Enzyme nicht besitzt. So besitzt er weder Katalase noch Oxidase. Eine Nitratreduktion durch das Enzym [[Nitratreduktase (NADH)]] ([[EC-Nummer|EC]] 1.7.1.1) ist nicht möglich, ebenso wenig der Abbau von [[Proteine]]n (Eiweißen) durch [[proteolytisch]]e Enzyme oder der Abbau von [[Harnstoff]] durch das Enzym [[Urease]].<ref name="MO_Unterricht" /> Das Enzym β-Galactosidase ist vorhanden und ermöglicht ihm das Wachstum in Milch unter Verwertung des darin enthaltenen Milchzuckers.


=== Genetik ===
=== Genetik ===
Das [[Genom]] zahlreicher [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Stämme]] des Bakteriums wurde bereits vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]].<ref name="genome" /> Die erste Sequenzierung erfolgte 2006 an ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' [[Bakterienkultur#ATCC|ATCC]] 11842, der als typischer Stamm für die Unterart gilt und sich auf einen Bakterienstamm zurückführen lässt, der 1919 in bulgarischem Joghurt verwendet wurde.<ref name="gold1" /> Das Genom weist eine Größe von 1865 [[Kilobasenpaare]]n (kb) auf,<ref name="gold1" /> das ist lediglich 40 % der Genomgröße von ''[[Escherichia coli#Merkmale|Escherichia coli]]''. Es sind 1529 Proteine [[Annotation#Biologie|annotiert]].<ref name="genome" /> Die geringe Genomgröße ist ein weiterer Hinweis auf die Anpassung an das [[Habitat]] Milch. Dort sind viele komplexe [[Supplin|Wachstumsfaktoren]], wie beispielsweise [[Aminosäuren]] und [[Vitamine]], vorhanden, so dass das Bakterium im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur Synthese zahlreicher [[Metabolit]]e verloren hat.<ref name="schlegel" />
Das [[Genom]] zahlreicher [[Stamm (Systematik)#Bakterienstämme|Stämme]] des Bakteriums wurde bereits vollständig [[DNA-Sequenzierung|sequenziert]].<ref name="genome" /> Die erste Sequenzierung erfolgte 2006 an ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' [[Bakterienkultur#ATCC|ATCC]] 11842, der als typischer Stamm für die Unterart gilt und sich auf einen Bakterienstamm zurückführen lässt, der 1919 in bulgarischem Joghurt verwendet wurde.<ref name="gold1" /> Das Genom weist eine Größe von 1865 [[Kilobasenpaare]]n (kb) auf,<ref name="gold1" /> das ist lediglich 40 % der Genomgröße von ''[[Escherichia coli#Merkmale|Escherichia coli]]''. Es sind 1529 Proteine [[Annotation#Biologie|annotiert]].<ref name="genome" /> Die geringe Genomgröße ist ein weiterer Hinweis auf die Anpassung an das [[Habitat]] Milch. Dort sind viele komplexe [[Supplin|Wachstumsfaktoren]], wie beispielsweise [[Aminosäuren]] und [[Vitamine]], vorhanden, so dass das Bakterium im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur Synthese zahlreicher [[Metabolit]]e verloren hat.<ref name="schlegel" />


Im Jahre 2011 erfolgte die Untersuchung des Genoms des Stammes ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' 2038, der seit langem in der industriellen Joghurtproduktion verwendet wird. Außerdem wurden die Unterschiede zu den bisher untersuchten Stämmen der Subspezies sowie anderen Vertretern der Gattung ''Lactobacillus'' näher betrachtet. Im Vergleich mit dem zuerst untersuchten Stamm ist die Genomgröße mit 1873 kb geringfügig größer. ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' 2038 ist z.&nbsp;B. im Gegensatz zu den anderen Stämmen in der Lage, die Aminosäure [[Lysin]] zu synthetisieren.<ref name="PMID 21264216" />
Im Jahre 2011 erfolgte die Untersuchung des Genoms des Stammes ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' 2038, der seit langem in der industriellen Joghurtproduktion verwendet wird. Außerdem wurden die Unterschiede zu den bisher untersuchten Stämmen der Subspezies sowie anderen Vertretern der [[Gattung (Biologie)|Gattung]] ''Lactobacillus'' näher betrachtet. Im Vergleich mit dem zuerst untersuchten Stamm ist die Genomgröße mit 1873 kb geringfügig größer. ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' 2038 ist z.&nbsp;B. im Gegensatz zu den anderen Stämmen in der Lage, die Aminosäure [[Lysin]] zu synthetisieren.<ref name="PMID 21264216" />


Die Ergebnisse der Sequenzierungen zeigen einen [[GC-Gehalt]] (den Anteil der [[Nukleinbasen]] [[Guanin]] und [[Cytosin]]) in der Bakterien-[[DNA]] von etwa 50&nbsp;Mol-Prozent,<ref name="gold1" /> das ist deutlich mehr als bei anderen ''Lactobacillus''-Arten, wie z.B. ''L. acidophilus'', dessen GC-Gehalt in der DNA bei 34–37 &nbsp;Mol-Prozent liegt.<ref name="brock" />
Die Ergebnisse der Sequenzierungen zeigen einen [[GC-Gehalt]] (den Anteil der [[Nukleinbasen]] [[Guanin]] und [[Cytosin]]) in der Bakterien-[[DNA]] von etwa 50&nbsp;Mol-Prozent,<ref name="gold1" /> das ist deutlich mehr als bei anderen ''Lactobacillus''-[[Art (Biologie)|Arten]], wie z.&nbsp;B. ''L.&nbsp;acidophilus'', dessen GC-Gehalt in der DNA bei 34–37 &nbsp;Mol-Prozent liegt.<ref name="brock" />


=== Pathogenität ===
=== Pathogenität ===
''L. delbrueckii'' (einschließlich Unterarten) ist nicht krankheitserregend, er wird seit langem in der Lebensmittelindustrie verwendet. Durch die Biostoffverordnung in Verbindung mit der TRBA&nbsp;466 ist er der [[Biologische_Schutzstufe#Risikogruppen|Risikogruppe]]&nbsp;1 zugeordnet.<ref name="trba" />
''L. delbrueckii'' (einschließlich Unterarten) ist nicht krankheitserregend, er wird seit langem in der Lebensmittelindustrie verwendet. Durch die [[Biostoffverordnung]] in Verbindung mit der TRBA&nbsp;466 ist er der [[Biologische Schutzstufe#Risikogruppen|Risikogruppe]]&nbsp;1 zugeordnet.<ref name="trba" />


=== Nachweise ===
=== Nachweise ===
Das Bakterium ist gut in MRS-Bouillon kultivierbar, der bei einer Temperatur von 37&nbsp;°C mikroaerophil bis anaerob [[Inkubator (Biologie)|inkubiert]] wird.<ref name="dsmz" /> Ein [[Selektivmedium]] ist nicht vorhanden, allerdings kann eine selektive [[Mikroorganismenkultur#Anreicherungskultur|Anreicherung]] erfolgen, wenn das Medium einen niedrigen pH-Wert (bis pH 4,0) aufweist und Kohlenhydrate enthält, dazu wird beispielsweise ein [[Tomatensaft]]-[[Pepton]]-Agar verwendet.<ref name="brock" /> Zum Nachweis von Milchsäurebakterien wird häufig Chinablau-Lactose-Agar (CLA) verwendet, dabei werden die Bakterienkolonien als Folge der Milchsäurebildung blau angefärbt.<ref name="MO_Unterricht" />
Das Bakterium ist gut in MRS-Bouillon kultivierbar, die bei einer Temperatur von 37&nbsp;°C mikroaerophil bis anaerob [[Inkubator (Biologie)|inkubiert]] wird.<ref name="dsmz" /> Ein [[Selektivmedium]] ist nicht vorhanden, allerdings kann eine selektive [[Mikroorganismenkultur#Anreicherungskultur|Anreicherung]] erfolgen, wenn das Medium einen niedrigen pH-Wert (bis pH 4,0) aufweist und Kohlenhydrate enthält, dazu wird beispielsweise ein [[Tomatensaft]]-[[Pepton]]-Agar verwendet.<ref name="brock" /> Für die Untersuchung von Milch und Milchprodukten wird das SL-Medium (pH 5,4) empfohlen, bei dem das Wachstum der häufig ebenfalls in der Starterkultur enthaltenen ''[[Lactococcus]]''-Arten unterdrückt wird. ''[[Pediococcus]]''- und ''[[Leuconostoc]]''-Arten können jedoch auch wachsen. Ebenfalls geeignet ist der M16-Agar, der einen pH-Wert von 5,6 aufweist.<ref name="hammes_346" /> Zum allgemeinen Nachweis von Milchsäurebakterien wird häufig Chinablau-Lactose-Agar (CLA) verwendet, dabei werden die Bakterienkolonien als Folge der Milchsäurebildung blau angefärbt.<ref name="MO_Unterricht" />


Zur Identifizierung können biochemische Tests (z.&nbsp;B. der [[Hugh-Leifson-Test|Oxidations-Fermentations-Test]] mit verschiedenen Kohlenhydraten)
Zur Identifizierung können biochemische Tests und der Nachweis von Enzymen im Stoffwechsel herangezogen werden, zusätzlich kann eine mikroskopische Untersuchung Hinweise geben. Eine genaue Identifizierung bis zur Ebene der Spezies oder der Subspezies ist auf diese Weise aber nicht gewährleistet.
und der Nachweis von Enzymen im Stoffwechsel herangezogen werden, zusätzlich kann eine mikroskopische Untersuchung Hinweise geben. Eine genaue Identifizierung bis zur Ebene der Spezies oder der Subspezies ist auf diese Weise aber nicht gewährleistet. Daher wird zusätzlich untersucht, welches Enantiomer der Milchsäure gebildet wird. Eine Unterscheidung der Subspezies ist durch Auftrennung der Zellproteine mit Hilfe der [[Elektrophorese]] ([[SDS-PAGE]]) möglich.<ref name="hammes_355" /> Mit Einführung von genetischen Untersuchungsmethoden lassen sich so die zuverlässigsten Ergebnisse für eine Identifizierung erhalten. Zum einen wurden für [[Phylogenetik|phylogenetische]] Untersuchungen die [[Nukleotide]] der 16S und 23S rRNA bestimmt,<ref name="nucleotide" /> die für [[Prokaryoten]] typischen Vertreter der [[Ribosomale RNA|ribosomalen RNA]]. Diese Gensequenzen können auch für die Identifizierung verwendet werden.<ref name="hammes_362" /> Ein PCR-Verfahren ([[Polymerase-Kettenreaktion]]), bei dem verschiedene Zielsequenzen aus der rRNA und der DNA kombiniert werden, ermöglicht die Identifizierung der Art bei gleichzeitiger Unterscheidung der Unterarten.<ref name="PMID10930078" /> Zur Unterscheidung der Subspezies ist ebenfalls ein PCR-Verfahren geeignet, deren [[Primer]] auf das ''pepIP''-Gen (das für das Enzym Prolin-Iminopeptidase codiert) ausgerichtet sind.<ref name="hammes_362" />


== Vorkommen ==
== Vorkommen ==
[[Datei:Milk 001.JPG|miniatur|Ein Glas mit [[Milch]]]]
[[Datei:Milk 001.JPG|miniatur|Ein Glas mit [[Milch]]]]
Das natürliche Habitat von ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' ist die [[Milch]] und daraus hergestellte Produkte.<ref name="MO_Unterricht" /> Sauermilchprodukte werden schon seit langem verwendet, da sie länger haltbar sind als frische Milch. 1905 isolierte der bulgarische Mikrobiologe und Arzt [[Stamen Grigorow]] im Joghurt ein bisher unbekanntes Bakterium, das er später ''„Bacillus bulgaricus“'' nannte<ref name="grigorow" /> und das nach aktueller Nomenklatur ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' ist. In Molkereien wird er als Starterkultur bei der Joghurtherstellung (in Kombination mit ''Streptococcus salivarius'' subsp. ''thermophilus'') eingesetzt, ebenso bei der Produktion von [[Quark (Milchprodukt)|Quark]] und [[Sauermilchkäse]].<ref name="schlegel" />
Das natürliche Habitat von ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' ist die [[Milch]] und daraus hergestellte Produkte.<ref name="MO_Unterricht" /> Sauermilchprodukte werden schon seit langem verwendet, da sie länger haltbar sind als frische Milch. 1905 isolierte der bulgarische Natur- und Medizinwissenschaftler [[Stamen Grigorow]] in bulgarischem Joghurt (der dort als „kissélo mléko“ oder „kisselo mliako“ bezeichnet wird) ein Bakterium,<ref name="grigorow1" /> das später ''„Bacillus bulgaricus“'' genannt wurde<ref name="rogosa" /> und das nach aktueller Nomenklatur ''L. delbrueckii'' ssp. ''bulgaricus'' ist. In Molkereien wird er als Starterkultur bei der Joghurtherstellung (in Kombination mit ''Streptococcus salivarius'' subsp. ''thermophilus'') eingesetzt, ebenso bei der Produktion von [[Quark (Milchprodukt)|Quark]] und [[Sauermilchkäse]].<ref name="schlegel" />


== Systematik ==
== Systematik ==
=== Äußere Systematik ===
=== Äußere Systematik ===
{{Hauptartikel|Lactobacillus|Lactobacillaceae}}
{{Hauptartikel|Lactobacillus|Lactobacillaceae}}
''[[Lactobacillus delbrueckii]]'' ist die [[Typus (Nomenklatur)|Typusart]] der Gattung ''[[Lactobacillus]]''. Die etwa 200 Arten der Gattung bilden keine einheitliche Gruppe, sie unterscheiden sich beispielsweise im Hinblick auf die durchgeführte [[Milchsäuregärung]] und werden so in homo- und heterofermentative Arten unterschieden. Auch hinsichtlich anderer Merkmale (z.&nbsp;B. der GC-Gehalt in der Bakterien-DNA) weichen die Vertreter der Gattung beträchtlich voneinander ab. Die Gattung gehört zur [[Familie (Biologie)|Familie]] der [[Lactobacillaceae]], diese wird zu der [[Ordnung (Biologie)|Ordnung]] der Lactobacillales ([[Milchsäurebakterien]]) in der Klasse der [[Bacilli]] gestellt, die dem Phylum der [[Firmicutes]] zugerechnet wird.<ref name="lpsn" />


=== Innere Systematik ===
=== Innere Systematik ===
Die Nomenklatur des Bakteriums hat sich im 20. Jahrhundert mehrfach verändert. Die Bezeichnung ''„Bacterium bulgaricum“'' basiert auf der Entdeckung durch den bulgarischen Wissenschaftler Grigorow.<ref name="grigorow1" /> Sie wird jedoch nicht als [[Synonym (Taxonomie)|Synonym]] geführt.<ref name="lpsn" /><ref name="taxo" /> Grigorow hatte das Bakterium 1905 als „Bacille&nbsp;A“ bezeichnet, das [[Epitheton]], welches auf [[Bulgarien]] als Herkunftsort des Joghurts und des darin entdeckten Bakteriums verweist, wurde erst von Luerssen und Kuhn 1907 im Artnamen ''„Bacillus bulgaricus“'' verwendet. 1915 wurde dieser von Buchanan und Hammer in ''„Bacterium bulgaricum“'' geändert. Dieses Bakterium findet sich in der ersten Ausgabe des von [[David Hendricks Bergey]] 1923 herausgegeben „Bergey's Manual of Determinative Bacteriology“ als ''Lactobacillus bulgaricus'' beschrieben. Nach gründlicher Recherche stellten [[Morrison Rogosa|Rogosa]] und [[P. Arne Hansen|Hansen]] 1971 fest, dass die ursprüngliche Beschreibung nicht für die Etablierung einer Art ausreichend ist, sondern dass sie das Bakterium lediglich als einen Vertreter der Gattung ''Lactobacillus'' darstellt.<ref name="rogosa" /> Da 1971 kein Bakterienstamm mehr vorhanden war, auf den sich diese Bezeichnung zurückführen lässt, schließen sie ihre Recherche mit den Worten {{"-en|''[…] and we shall never know what this organism really was.''|Übersetzung=[…] und wir werden niemals erfahren, was das in Wirklichkeit für ein Organismus war.}}<ref name="rogosa_181" />
Die Nomenklatur des Bakteriums hat sich im 20. Jahrhundert mehrfach verändert. Die ursprüngliche Bezeichnung ''„Bacillus bulgaricus“'' basiert auf der Entdeckung durch den bulgarischen Mikrobiologe und Arzt Grigorow. 1919 wurde das Bakterium durch Orla und Jensen als ''Thermobacterium bulgaricum'' beschrieben. Als Ergebnis der Untersuchungen von Rogosa und Hansen an verschiedenen ''Lactobacillus''-Arten aus dem Jahr 1971 wurde die Bezeichnung in ''Lactobacillus bulgaricus'' geändert. 1984 schließlich erfolgte die geänderte Zuordnung zur Art ''L. delbrueckii'' als Unterart ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' (Orla-Jensen 1919) Weiss et al. 1984, comb. nov. <ref name="lpsn" />

1919 wurde das Bakterium durch [[Sigurd Orla-Jensen|Orla-Jensen]] als ''Thermobacterium bulgaricum'' Stamm Nr. 14 aus bulgarischem Joghurt isoliert und beschrieben.<ref name="orla" /> Nach den Regeln des [[International Code of Nomenclature of Bacteria]] (Bakteriologischer Code) gilt dies als [[Erstbeschreibung]], da diese eindeutig ist und der Bakterienstamm, auf dem sie basiert, für Untersuchungszwecke zur Verfügung steht. Die Untersuchung von Rogosa und Hansen an verschiedenen ''Lactobacillus''-Arten führte 1971 zu dem Ergebnis, dass ''Thermobacterium bulgaricum'' und das ebenfalls von Orla-Jensen beschriebene Bakterium ''„Thermobacterium jugurt“'' identisch sind. Außerdem stimmen weitere Bakterienisolate anderer Wissenschaftler aus bulgarischem, russischem, griechichem, syrischem und armenischem Joghurt in ihren Eigenschaften mit ''Thermobacterium bulgaricum'' überein. Da mehrere Wissenschaftler in den 1920er und 1930er Jahren für ihre Isolate bereits den Namen ''Lactobacillus bulgaricus'' verwendet hatten, schlugen Rogosa und Hansen vor, diesen als gültige Artbezeichnung zu führen.<ref name="rogosa" /> Diese Auffassung wurde akzeptiert, so dass in der 1980 veröffentlichten Liste der anerkannten [[Taxon|Taxa]] (Approved Lists of Bacterial Names) diese Art als ''Lactobacillus bulgaricus'' (Orla-Jensen 1919) Rogosa and Hansen 1971 aufgeführt wurde.<ref name="approved_list_1980" /> Nach aktuellem Stand stellt sie ein Basonym (vergleiche [[Basionym]] in der Botanik) dar.<ref name="lpsn" />

1983 schließlich erfolgte eine genetische Untersuchung der [[Typus (Nomenklatur)|Typusstämme]] mehrerer ''Lactobacillus''-Arten durch [[Norbert Weiss|Weiss]] u.&nbsp;a. mit Hilfe der [[Hybridisierung (Molekularbiologie)|DNA-DNA-Hybridisierung]]. Da die Ergebnisse mit einer Ähnlichkeit von 90 bis zu 100 % eine sehr nahe Verwandtschaft der Bakterienstämme zeigten, wurden sie dem 1896 entdeckten ''Lactobacillus delbrueckii'' als Unterarten zugeordnet.<ref name="weiss" /> Seit der Anerkennung dieser Ergebnisse wird ''Lactobacillus bulgaricus'' als Unterart (Subspezies) ''Lactobacillus delbrueckii'' subsp. ''bulgaricus'' (Orla-Jensen 1919) Weiss et al. 1984, comb. nov. geführt. Der Stamm ATCC 11842 ist der Typusstamm der Unterart.<ref name="lpsn" /> Er lässt sich auf den als ''Thermobacterium bulgaricum'' Nr. 14 bezeichneten Stamm zurückführen, der 1919 von Orla-Jensen isoliert wurde.<ref name="rogosa" /> Es sind mehrere Bakterienstämme in verschiedenen [[Bakterienkultur#Sammlungen von Mikroorganismen|Sammlungen von Mikroorganismen]] hinterlegt.<ref name="strain" />

In Bulgarien, in dem Joghurt schon viel länger bekannt ist als beispielsweise in Deutschland, wird die Arbeit von Grigorow immer noch geschätzt. Ein 2005 durchgeführtes internationales [[Wissenschaftliche Konferenz|Symposium]] zum Thema ''On Original Bulgarian Yogurt'' (englisch für „über den original bulgarischen Joghurt“) wurde das Bakterium als „Lactobacillus bulgaricus Grigoroff“ bezeichnet.<ref name="grigorow2" /> Auch Molkereien in Deutschland bezeichnen vereinzelt die Kulturen in dem von ihnen hergestellten Joghurt als ''Lactobacillus bulgaricus''.<ref name="hansano" />
=== Etymologie ===
=== Etymologie ===
Der nun verwendete Gattungsname lässt sich auf das Vorkommen und das Aussehen der Bakterienzellen zurückführen, ''lac'' aus dem [[Lateinisch]]en bedeutet Milch, während ''bacillus'' (lat.) auf die [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmige]] Gestalt hinweist. Der Artname ist eine Ehrung an [[Max Delbrück]] <!-- fragt sich nur, an welchen -->, während sich die Bezeichnung der Unterart auf die Herkunft der Bakterien aus bulgarischem Joghurt bezieht.<ref name="MO_Unterricht" />
Der nun verwendete Gattungsname lässt sich auf das Vorkommen und das Aussehen der Bakterienzellen zurückführen, ''lac'' aus dem [[Lateinisch]]en bedeutet „Milch“, während ''bacillus'' (lat.) auf die [[Bakterien#Gestalt und Größe|stäbchenförmige]] Gestalt hinweist. Der [[Epitheton|Artname]] wurde zu Ehren des deutschen Bakteriologen [[Max Delbrück (Chemiker)|Max Delbrück]] gewählt, während sich die Bezeichnung der Unterart auf die Herkunft der Bakterien aus bulgarischem Joghurt bezieht.<ref name="lpsn" />


== Industrielle Bedeutung ==
== Industrielle Bedeutung ==
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== Quellen ==
== Quellen ==
=== Literatur ===
=== Literatur ===
* {{Literatur | Herausgeber= Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt | Autor= Walter P. Hammes, Christian Hertel | Titel= The Genera Lactobacillus and Carnobacterium (Chapter 1.2.10) | Sammelwerk= The Prokaryotes. A Handbook on the Biology of Bacteria, Volume 4: Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria | Auflage= 3. | Verlag= Springer-Verlag | Ort= New York | Jahr= 2006 | ISBN= 978-0-387-25494-4 | Seiten= 320–403| DOI=10.1007/0-387-30744-3_10}}
* 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.
* 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.
* {{Literatur | Autor= Hans G. Schlegel, Christiane Zaborosch | Titel= Allgemeine Mikrobiologie | Auflage= 7.
* {{Literatur | Autor= Hans G. Schlegel, Christiane Zaborosch | Titel= Allgemeine Mikrobiologie | Auflage= 7.
| Verlag= Thieme Verlag | Ort= Stuttgart/New York | Jahr= 1992 | ISBN= 3-13-444607-3 }}
| Verlag= Thieme Verlag | Ort= Stuttgart/New York | Jahr= 1992 | ISBN= 3-13-444607-3 }}
* {{Literatur | Herausgeber= Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius | Titel= Mikroorganismen im Unterricht | Sammelwerk= Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik | Band= Band 3 | Auflage= 1. | Verlag= Metzler-Schulbuchverlag | Ort= Hannover | Jahr= 1992 | ISBN= 3-8156-3351-6}}
* {{Literatur | Herausgeber= Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius | Titel= Mikroorganismen im Unterricht | Sammelwerk= Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik | Band= Band 3 | Auflage= 1. | Verlag= Metzler-Schulbuchverlag | Ort= Hannover | Jahr= 1992 | ISBN= 3-8156-3351-6}}
* Grigoroff, Stamen: ''Étude sur un lait fermenté comestible. Le “Kissélo mléko” de Bulgarie.'' In: Revue Médicale de la Suisse Romande. Genève. Georg&G., Libraires-Éditeurs. Librairie de L’Université. 1905


=== Einzelnachweise ===
=== Einzelnachweise ===
<references>
<references>
<ref name="approved_list_1980">{{Literatur| Herausgeber= V. B. D. Skerman, Vicki McGowan, P. H. A. Sneath | Titel= Approved Lists of Bacterial Names | Sammelwerk=International Journal of Systematic Bacteriology | Band=30 | Nummer=1 | Jahr=1980 | Monat=01 | Tag=01 | Seiten=225–420 | ISSN=0020-7713 | DOI=10.1099/00207713-30-1-225}}</ref>
<ref name="belitz">{{Literatur | Autor=[[Hans-Dieter Belitz]], Walter Grosch | Titel=Lehrbuch der Lebensmittelchemie | Auflage=4 | Verlag=Springer Verlag | Ort=Heidelberg/Berlin | Jahr=1992 | ISBN=3-540-55449-1 | Seiten=471–474}}</ref>
<ref name="belitz">{{Literatur | Autor=[[Hans-Dieter Belitz]], Walter Grosch | Titel=Lehrbuch der Lebensmittelchemie | Auflage=4 | Verlag=Springer Verlag | Ort=Heidelberg/Berlin | Jahr=1992 | ISBN=3-540-55449-1 | Seiten=471–474}}</ref>
<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. 558–563, 693, 1101–1102.</ref>
<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. 558–563, 693, 1101–1102.</ref>
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<ref name="genome">{{Internetquelle | url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/514 | titel=Lactobacillus delbrueckii | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome Webseite Genome des [[National Center for Biotechnology Information]] (NCBI)] | zugriff= 2013-08-17}}</ref>
<ref name="genome">{{Internetquelle | url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/514 | titel=Lactobacillus delbrueckii | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome Webseite Genome des [[National Center for Biotechnology Information]] (NCBI)] | zugriff= 2013-08-17}}</ref>
<ref name="gold1">{{Internetquelle | url=http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/GOLDCards.cgi?goldstamp=Gc00394 | titel=Lactobacillus delbrueckii bulgaricus ATCC 11842 | werk= [http://genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/bin/index.cgi Webseite Genomes Online Database (GOLD)] | zugriff=2013-08-16}}</ref>
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<ref name="grigorow">{{Internetquelle | url=http://www.stamengrigorov.org/?current=science&lang=en&id_sess=0ed3jl08q0028tbboq1imdmta1 | titel=International Symposium On Original Bulgarian Yogurt, 25 - 27 May 2005, Sofia | werk= [http://www.stamengrigorov.org Dr. Stamen Grigorov Foundation] | zugriff= 2013-08-17}}</ref>
<ref name="grigorow1">Stamen Grigoroff: ''Étude sur un lait fermenté comestible. Le „Kissélo mléko“ de Bulgarie.'' In: ''Revue Médicale de la Suisse Romande''. Nr. 10, Genève, 1905.</ref>
<ref name="grigorow2">{{Internetquelle | url=http://www.stamengrigorov.org/?current=science&lang=en&id_sess=0ed3jl08q0028tbboq1imdmta1 | titel=International Symposium On Original Bulgarian Yogurt, 25 - 27 May 2005, Sofia | werk= [http://www.stamengrigorov.org Dr. Stamen Grigorov Foundation] | zugriff= 2013-08-17}}</ref>
<ref name="hammes_346">W. P. Hammes, C. Hertel: ''The Genera Lactobacillus and Carnobacterium.'' S.&nbsp;346</ref>
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<ref name="lpsn">{{Internetquelle | url=http://www.bacterio.net/l/lactobacillus.html | titel=Genus Lactobacillus | autor= Jean Euzéby, Aidan C. Parte | werk= [http://www.bacterio.net/ List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature [[Systematik der Bakterien|(LPSN)]]] | zugriff= 2013-08-17}}</ref>
<ref name="hammes_355">Walter P. Hammes, Christian Hertel: ''The Genera Lactobacillus and Carnobacterium.'' In: ''The Prokaryotes. A Handbook on the Biology of Bacteria, Volume 4: Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria.'' Herausgegeben von M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, K.-H. Schleifer, E. Stackebrandt. 3. Auflage. Springer Verlag, New York 2006, ISBN 978-0-387-25494-4, S.&nbsp;355–357</ref>
<ref name="hammes_362">W. P. Hammes, C. Hertel: ''The Genera Lactobacillus and Carnobacterium.'' S.&nbsp;362–364</ref>
<ref name="hansano">{{Internetquelle | url= http://www.hansano.de/produkte/hansano-bulgaria.php | titel= Hansano Bulgaria Joghurt | werk= [http://www.hansano.de/index.php Webseite [[Arla Hansa Milch|Hansano]]] | zugriff= 2014-04-11}}</ref>
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<ref name="lpsn">{{Internetquelle | url=http://www.bacterio.net/l/lactobacillus.html | titel=Genus Lactobacillus | autor= Jean Euzéby, Aidan C. Parte | werk= [http://www.bacterio.net/ List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature [[Systematik der Bakterien|(LPSN)]]] | zugriff= 2014-04-11}}</ref>
<ref name="michaylova">M. L. Michaylova: ''Influence of the cultivation condition on carbohydrate utilization by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.'' In: ''Bulgarian Journal of Agricultural Science.'' Band 18, Nr. 5, 2012, S.&nbsp;759–762, [http://www.researchgate.net/publication/255485474_Influence_of_the_cultivation_condition_on_carbohydrate_utilization_by_Lactobacillus_delbrueckii_subsp._bulgaricus/file/60b7d5201eece79f19.pdf online].</ref>
<ref name="MilchErzV">{{§§|milchv|juris|text=Text der Verordnung über Milcherzeugnisse (Milcherzeugnisverordnung - MilchErzV)}} bei juris. Abgerufen am 17. August 2013.</ref>
<ref name="MilchErzV">{{§§|milchv|juris|text=Text der Verordnung über Milcherzeugnisse (Milcherzeugnisverordnung - MilchErzV)}} bei juris. Abgerufen am 17. August 2013.</ref>
<ref name="MO_Unterricht">{{Literatur | Herausgeber= Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius | Titel= Mikroorganismen im Unterricht | Sammelwerk= Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik | Band= Band 3 | Auflage= 1. | Verlag= Metzler-Schulbuchverlag | Ort= Hannover | Jahr= 1992 | ISBN= 3-8156-3351-6 | Seiten= 54–56}}</ref>
<ref name="MO_Unterricht">{{Literatur | Herausgeber= Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius | Titel= Mikroorganismen im Unterricht | Sammelwerk= Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik | Band= Band 3 | Auflage= 1. | Verlag= Metzler-Schulbuchverlag | Ort= Hannover | Jahr= 1992 | ISBN= 3-8156-3351-6 | Seiten= 54–56}}</ref>
<ref name="nucleotide">{{Internetquelle | url= http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NR_075019.1 | titel= Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus strain ATCC 11842 16S ribosomal RNA gene, complete sequence | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/?term=txid1585 Webseite Nucleotide von Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus des [[National Center for Biotechnology Information]] (NCBI)] | zugriff= 2014-04-13}}</ref>
<ref name="orla">Sigurd Orla-Jensen: ''The lactic acid bacteria.'' Andr. Fred. Høst & Son, Copenhagen, 1919, S.&nbsp;1–118.</ref>
<ref name="PMID10930078">S. Lick, E. Brockmann, K. J. Heller: ''Identification of lactobacillus delbrueckii and subspecies by hybridization probes and PCR.'' In: ''Systematic and applied microbiology.'' Band 23, Nr. 2, Juni 2000, S.&nbsp;251–259, {{ISSN|0723-2020}}. {{DOI|10.1016/S0723-2020(00)80012-0}}. PMID 10930078.</ref>
<ref name="PMID 12406762">A. C. Chaves, M. Fernandez u.&nbsp;a.: ''Metabolic engineering of acetaldehyde production by Streptococcus thermophilus.'' In: ''Applied and environmental microbiology.'' Band 68, Nummer 11, November 2002, S.&nbsp;5656–5662, {{ISSN|0099-2240}}. PMID 12406762. {{PMC|129919}}.</ref>
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<ref name="PMID 21264216">P. Hao, H. Zheng u.&nbsp;a.: ''Complete sequencing and pan-genomic analysis of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus reveal its genetic basis for industrial yogurt production.'' In: ''PloS one.'' Band 6, Nummer 1, 2011, S.&nbsp;e15964, {{ISSN|1932-6203}}. {{DOI|10.1371/journal.pone.0015964}}. PMID 21264216. {{PMC|3022021}}.</ref>
<ref name="PMID 21264216">P. Hao, H. Zheng u.&nbsp;a.: ''Complete sequencing and pan-genomic analysis of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus reveal its genetic basis for industrial yogurt production.'' In: ''PloS one.'' Band 6, Nummer 1, 2011, S.&nbsp;e15964, {{ISSN|1932-6203}}. {{DOI|10.1371/journal.pone.0015964}}. PMID 21264216. {{PMC|3022021}}.</ref>
<ref name="rogosa">M. Rogosa, P. A. Hansen: ''Nomenclatural Considerations of Certain Species of Lactobacillus Beijerinck: Request for an Opinion.'' In: ''International Journal of Systematic Bacteriology.'' Band 21, Nr. 2, April 1971, S.&nbsp;177–186, {{ISSN|1932-6203}}. {{DOI|10.1099/00207713-21-2-177}}.</ref>
<ref name="rogosa_181">M. Rogosa, P. A. Hansen (1971): ''Nomenclatural Considerations of Certain Species of Lactobacillus Beijerinck: Request for an Opinion.'' S.&nbsp;181.</ref>
<ref name="schlegel">{{Literatur | Autor= Hans G. Schlegel, Christiane Zaborosch | Titel= Allgemeine Mikrobiologie | Auflage= 7. | Verlag= Thieme Verlag | Ort= Stuttgart/New York | Jahr= 1992 | ISBN= 3-13-444607-3 | Seiten= 100–101, 296–304}}</ref>
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<ref name="strain">{{Internetquelle | url= http://www.straininfo.net/taxa/17239 | titel= Taxon Passport Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | werk= [http://www.straininfo.net/ Webseite StrainInfo] (gesammelte Informationen über Bakterienstämme in über 60 Biologischen Forschungseinrichtungen (biological resource centers, BRCs)) | zugriff=2014-04-13}}</ref>
<ref name="taxo">{{Internetquelle | url= http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?mode=Info&id=1585 | titel= Taxonomy Browser Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Webseite des National Center for Biotechnology Information (NCBI)] | zugriff= 2014-04-12}}</ref>
<ref name="trba">{{Internetquelle | url=http://www.baua.de/nn_15226/de/Themen-von-A-Z/Biologische-Arbeitsstoffe/TRBA/pdf/TRBA-466.pdf | titel=TRBA 466: Einstufung von Prokaryonten (Bacteria und Archaea) in Risikogruppen | werk=[http://www.baua.de Webseite der [[BAuA|Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)]]] | datum= 2012-05-04 | zugriff=2013-08-16}}</ref>
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<ref name="weiss">N. Weiss, U. Schillinger, O. Kandler: ''Lactobacillus lactis, Lactobacillus leichmannii and Lactobacillus bulgaricus, Subjective Synonyms of Lactobacillus delbrueckii, and Description of Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis comb. nov. and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus comb. nov..'' In: ''Systematic and Applied Microbiology.'' Band 4, Nr. 4, Dezember 1983, S.&nbsp;552–557, {{ISSN|07232020}}. {{DOI|10.1016/S0723-2020(83)80012-5}}.</ref>
</references>
</references>


== Weblinks ==
== Weblinks ==
{{Commonscat|Lactobacillus}}
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* {{Internetquelle | url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=1585 | titel=Taxonomy Browser Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Webseite des National Center for Biotechnology Information (NCBI)] | zugriff=2013-08-18}}
* {{Internetquelle | url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?mode=Info&id=1585 | titel=Taxonomy Browser Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | werk= [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Webseite des National Center for Biotechnology Information (NCBI)] | zugriff=2014-04-12}}


[[Kategorie:Milchsäurebakterien]]
[[Kategorie:Milchsäurebakterien]]

Version vom 14. April 2014, 14:19 Uhr

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
(nach Gramfärbung)

Systematik
Klasse: Bacilli
Ordnung: Milchsäurebakterien (Lactobacillales)
Familie: Lactobacillaceae
Gattung: Lactobacillus
Art: Lactobacillus delbrueckii
Unterart: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
Wissenschaftlicher Name
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
(Orla-Jensen 1919) Weiss et al. 1984

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (ausgeschrieben Lactobacillus delbrueckii subspezies bulgaricus, als Kurzform ist auch L. delbrueckii ssp. bulgaricus gebräuchlich) ist ein grampositives, stäbchenförmiges Bakterium, das zur Herstellung von Joghurt verwendet wird. Dabei verwertet das Bakterium den in der Milch vorhandenen Milchzucker (Lactose) in der Milchsäuregärung, die dabei gebildete Milchsäure führt zur Säuerung und Dicklegung der Milch.

Es handelt sich um eine Unterart (Subspezies) des Lactobacillus delbrueckii. Vor 1984 war das Bakterium unter dem Namen Lactobacillus bulgaricus bekannt. Diese Bezeichnung geht auf den bulgarischen Wissenschaftler Stamen Grigorow zurück, der 1905 den in Bulgarien bereits bekannten Joghurt mikrobiologisch untersuchte und darin Bakterien entdeckte. Die Subspezies umfasst zahlreiche Bakterienstämme. Das Genom des Stammes Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842 wurde im Jahr 2006 vollständig sequenziert.

Merkmale

Erscheinungsbild

Lactobacillus delbrueckii subspezies bulgaricus ist ein grampositives mittellanges, stäbchenförmiges Bakterium. Eine einzelne Zelle ist 2,0–9,0 µm (Mikrometer) lang und 0,5–0,8 µm breit. Im lichtmikroskopischen Bild finden sich einzelne Zellen, aber auch kurze Ketten von Zellen hintereinander. Das Bakterium besitzt keine Flagellen zur aktiven Bewegung und kann keine Überdauerungsformen wie Endosporen bilden.[1]

In Reinkultur bildet er auf festen, Glucose-haltigen Nährböden kreisrunde, farblose bis opak erscheinende Kolonien. In der seitlichen Ansicht erscheinen sie konvex erhaben. Nach Inkubation bei 37 °C über drei Tage erreichen die Kolonien einen Durchmesser von 2 bis 5 mm.[1]

Wachstum und Stoffwechsel

Als typische Vertreter der Milchsäurebakterien wachsen Lactobacillen anaerob, aber aerotolerant, d. h. sie wachsen in der Anwesenheit von Luftsauerstoff, benötigen aber keinen Sauerstoff für ihren Stoffwechsel. Dabei sind sie Katalase-negativ und Oxidase-negativ.[1] Sie sind jedoch in der Lage, Cytochrome zu bilden, wenn sie auf Nährböden kultiviert werden, die Hämine oder Blut enthalten. In diesem Fall zeigen sie dann eine positive Reaktion im Oxidase-Test. Weiterhin ist ein für Milchsäurebakterien typisches Kennzeichen der Bedarf an komplexen Wachstumsfaktoren und Aminosäuren bei der Kultivierung.[2] Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus benötigt unter anderem Riboflavin (Vitamin B2), Niacin (Vitamin B3) und Pantothensäure (Vitamin B5).[3]

Die zur Kultivierung üblicherweise verwendeten Temperaturen liegen im Bereich von 30–40 °C,[1] bei 15 °C erfolgt kein Wachstum.[3] Das Bakterium wächst auch noch gut bei 45 °C,[4] das Temperaturoptimum eines untersuchten Stammes liegt bei 42 °C.[5] Somit zählt das Bakterium zu den mesophilen Organismen, mit Tendenz zur Thermophilie. Der optimale pH-Wert für das Wachstum liegt im leicht sauren Milieu (pH-Wert 5,2 bis 6,2),[1] wobei auch pH-Werte bis pH 4,0 toleriert werden.[4] Durch die produzierte Milchsäure sinkt der pH-Wert des Nährmediums, sofern keine puffernden Zusätze enthalten sind.

Einige Enzyme, die im Stoffwechsel verwendet werden, um bestimmte Substrate abzubauen, werden im Rahmen einer „Bunten Reihe“ nachgewiesen, um ein Bakterium zu identifizieren. Hier zeichnet sich L. delbrueckii subsp. bulgaricus dadurch aus, dass er viele dieser Enzyme nicht besitzt. So besitzt er weder Katalase noch Oxidase. Eine Nitratreduktion durch das Enzym Nitratreduktase (NADH) (EC 1.7.1.1) ist nicht möglich, ebenso wenig der Abbau von Proteinen (Eiweißen) durch proteolytische Enzyme oder der Abbau von Harnstoff durch das Enzym Urease.[1] Ebenso wenig ist das Enzym Arginindihydrolase (EC 3.5.3.6) vorhanden, so dass keine Abspaltung von Ammoniak aus der Aminosäure Arginin erfolgt. Das Enzym β-Galactosidase ist vorhanden und ermöglicht ihm das Wachstum in Milch unter Verwertung des darin enthaltenen Milchzuckers (Lactose).[6]

L. delbrueckii subsp. bulgaricus kann als ein typisches Milchsäurebakterium in einer Fermentation verschiedene Kohlenhydrate zur Energiegewinnung verwerten. Diese Subspezies ist in der Lage, Glucose und Lactose zu verwerten, während L. delbrueckii subsp. delbrueckii keine Lactose verwerten kann.[1][3][6] Weitere Monosaccharide, die genutzt werden können, sind Fructose, Galactose und Mannose, wobei diese Ergebnisse variabel sind, d. h. sie führen nicht immer zu einem positiven Testergebnis oder unterschiedliche Arbeitsgruppen kommen zu unterschiedlichen Resultaten.[3] Andere Quellen geben an, dass Galactose und Mannose nicht verwertet werden können.[6]

Wegen dieser widersprüchlichen Aussagen, die teilweise auf Untersuchungen basieren, die in den 1970er Jahren durchgeführt wurden, erfolgte 2012 eine erneute Untersuchung, die zeigen sollte, unter welchen Bedingungen welche Kohlenhydrate verwertet werden. Dabei wurde zum einen ein miniaturisiertes Testsystem (API 50 CHL) verwendet, das auf dem Oxidations-Fermentations-Test beruht, bei dem der Abbau eines Kohlenhydrats durch Säurebildung und damit verbunden dem Farbumschlag eines pH-Indikators erkannt wird. Als weitere Methode wurde ein Verfahren mit Mikrotiterplatten (AN MicroPlate) eingesetzt, mit dem die „Zellatmung“ kolorimetrisch gemessen wird. Dazu wird der Redox-Indikator Tetrazolium verwendet, der bei Oxidation der Substrate selber reduziert wird und rot erscheint. Die Untersuchung umfasste 300 Bakterienstämme beim Test auf Säurebildung und 29 Stämme beim Test auf „Zellatmung“. Die Inkubation erfolgte jeweils anaerob. Allerdings kommen die unterschiedlichen Untersuchungsmethoden teilweise zu unterschiedlichen Egebnissen. Kein Zweifel besteht daran, dass Glucose, Lactose und Fructose verwertet werden. Für Galactose hingegen zeigt der Test auf Säurebildung bei 25 % der untersuchten Stämme ein positives Ergebnis, während der Test mit dem Redox-Indikator bei den untersuchten Stämmen zu einem negativen Ergebnis führt. Für Mannose zeigt der Test auf Säurebildung bei 25 % der untersuchten Stämme ein positives Ergebnis, während beim Test mit dem Redox-Indikator alle untersuchten Stämme ein positives Ergebnis verursachen. Als mögliche Erklärung wird angegeben, dass die Reduktion des Tetrazoliums direkt den Stoffwechselprozess anzeigt, bei der ein Substrat oxidiert wird, während bei der Säurebildung mögliche Endprodukte, aber auch Zwischenprodukte angezeigt werden.[7]

Milchsäuregärung

Strukturformel des D-Lactat-Ions
Strukturformel der D-Milchsäure

Kennzeichen einer Fermentation (Gärung) ist, dass die Substrate ohne Sauerstoff abgebaut werden. Das für Milchsäurebakterien typische Produkt bei der Fermentation ist die Milchsäure, folglich wird dieser Stoffwechselweg als Milchsäuregärung bezeichnet. Da Milchsäure bzw. Lactat (das Anion der Milchsäure) das Hauptprodukt dieser Gärung ist, wird L. delbrueckii subsp. bulgaricus zu den homofermentativen Lactobacillaceae gerechnet.[2]

Die homofermentative Milchsäuregärung als Übersichtsschema, ausgehend von Glucose.

Er verfügt über Aldolase, ein wichtiges Enzym im Stoffwechselweg Glykolyse, somit kann er Glucose in der Glykolyse abbauen. Andere Hexosen wie Fructose werden dafür in Glucose umgewandelt. Das Disaccharid Lactose (Milchzucker) wird mit Hilfe des bakterieneigenen Enzyms β-Galactosidase in die beiden Bestandteile Glucose und Galactose gespalten. Die Galactose kann mit Hilfe des Enzyms UDP-Glucose-4-Epimerase in Glucose umgewandelt werden. L. delbrueckii subsp. bulgaricus verfügt über dieses Enzym.[8] Allerdings zeigen Untersuchungen, dass Galactose nicht immer verwertet wird.[7]

In der Glykolyse wird dann ein Molekül Glucose zu zwei Molekülen Pyruvat abgebaut. Dieses wird anschließend vom Enzym Lactatdehydrogenase mit dem bei der Oxidation von Glycerinaldehydphosphat gebildeten Coenzym NADH zu Lactat reduziert, das NADH wird dabei zu NAD+ oxidiert. Somit werden insgesamt gesehen aus einem Molekül Glucose zwei Moleküle Milchsäure gebildet. Dabei liegt der Energiegewinn bei zwei Molekülen ATP je Molekül Glucose (vergleiche Abbildung).

Die in Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus vorhandene Lactatdehydrogenase ist stereospezifisch, so dass bei dieser Reaktion beinahe ausschließlich D-(−)-Lactat (Syn.: (R)-Lactat) entsteht.[2] Der Anteil von D-(−)-Milchsäure liegt zwischen 96,0 und 99,4 %.[9] Dieses Enantiomer wird auch als linksdrehende Milchsäure bezeichnet, im Gegensatz zur rechtsdrehenden Milchsäure , dem L-(+)-Lactat (Syn.: (S)-Lactat). Die vereinzelt bei Joghurtprodukten angegebenen Aussagen „mit rechtsdrehender Milchsäure“ oder „mit rechtsdrehenden Kulturen“ beziehen sich auf diese Unterscheidung.

Neben dem Hauptprodukt Lactat findet man noch geringe Mengen (in der Summe weniger als 10 %) von Acetat, Kohlendioxid, Ethanol oder Acetoin.[2] Das in Joghurt in geringen Mengen als Geschmacksstoff enthaltene Acetaldehyd wird nicht durch L. delbrueckii ssp. bulgaricus gebildet, sondern durch den ebenfalls in Starterkulturen vorhandenen Streptococcus thermophilus.[10]

Genetik

Das Genom zahlreicher Stämme des Bakteriums wurde bereits vollständig sequenziert.[8] Die erste Sequenzierung erfolgte 2006 an Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842, der als typischer Stamm für die Unterart gilt und sich auf einen Bakterienstamm zurückführen lässt, der 1919 in bulgarischem Joghurt verwendet wurde.[5] Das Genom weist eine Größe von 1865 Kilobasenpaaren (kb) auf,[5] das ist lediglich 40 % der Genomgröße von Escherichia coli. Es sind 1529 Proteine annotiert.[8] Die geringe Genomgröße ist ein weiterer Hinweis auf die Anpassung an das Habitat Milch. Dort sind viele komplexe Wachstumsfaktoren, wie beispielsweise Aminosäuren und Vitamine, vorhanden, so dass das Bakterium im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur Synthese zahlreicher Metabolite verloren hat.[2]

Im Jahre 2011 erfolgte die Untersuchung des Genoms des Stammes L. delbrueckii ssp. bulgaricus 2038, der seit langem in der industriellen Joghurtproduktion verwendet wird. Außerdem wurden die Unterschiede zu den bisher untersuchten Stämmen der Subspezies sowie anderen Vertretern der Gattung Lactobacillus näher betrachtet. Im Vergleich mit dem zuerst untersuchten Stamm ist die Genomgröße mit 1873 kb geringfügig größer. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 2038 ist z. B. im Gegensatz zu den anderen Stämmen in der Lage, die Aminosäure Lysin zu synthetisieren.[11]

Die Ergebnisse der Sequenzierungen zeigen einen GC-Gehalt (den Anteil der Nukleinbasen Guanin und Cytosin) in der Bakterien-DNA von etwa 50 Mol-Prozent,[5] das ist deutlich mehr als bei anderen Lactobacillus-Arten, wie z. B. L. acidophilus, dessen GC-Gehalt in der DNA bei 34–37  Mol-Prozent liegt.[4]

Pathogenität

L. delbrueckii (einschließlich Unterarten) ist nicht krankheitserregend, er wird seit langem in der Lebensmittelindustrie verwendet. Durch die Biostoffverordnung in Verbindung mit der TRBA 466 ist er der Risikogruppe 1 zugeordnet.[12]

Nachweise

Das Bakterium ist gut in MRS-Bouillon kultivierbar, die bei einer Temperatur von 37 °C mikroaerophil bis anaerob inkubiert wird.[13] Ein Selektivmedium ist nicht vorhanden, allerdings kann eine selektive Anreicherung erfolgen, wenn das Medium einen niedrigen pH-Wert (bis pH 4,0) aufweist und Kohlenhydrate enthält, dazu wird beispielsweise ein Tomatensaft-Pepton-Agar verwendet.[4] Für die Untersuchung von Milch und Milchprodukten wird das SL-Medium (pH 5,4) empfohlen, bei dem das Wachstum der häufig ebenfalls in der Starterkultur enthaltenen Lactococcus-Arten unterdrückt wird. Pediococcus- und Leuconostoc-Arten können jedoch auch wachsen. Ebenfalls geeignet ist der M16-Agar, der einen pH-Wert von 5,6 aufweist.[14] Zum allgemeinen Nachweis von Milchsäurebakterien wird häufig Chinablau-Lactose-Agar (CLA) verwendet, dabei werden die Bakterienkolonien als Folge der Milchsäurebildung blau angefärbt.[1]

Zur Identifizierung können biochemische Tests (z. B. der Oxidations-Fermentations-Test mit verschiedenen Kohlenhydraten) und der Nachweis von Enzymen im Stoffwechsel herangezogen werden, zusätzlich kann eine mikroskopische Untersuchung Hinweise geben. Eine genaue Identifizierung bis zur Ebene der Spezies oder der Subspezies ist auf diese Weise aber nicht gewährleistet. Daher wird zusätzlich untersucht, welches Enantiomer der Milchsäure gebildet wird. Eine Unterscheidung der Subspezies ist durch Auftrennung der Zellproteine mit Hilfe der Elektrophorese (SDS-PAGE) möglich.[6] Mit Einführung von genetischen Untersuchungsmethoden lassen sich so die zuverlässigsten Ergebnisse für eine Identifizierung erhalten. Zum einen wurden für phylogenetische Untersuchungen die Nukleotide der 16S und 23S rRNA bestimmt,[15] die für Prokaryoten typischen Vertreter der ribosomalen RNA. Diese Gensequenzen können auch für die Identifizierung verwendet werden.[16] Ein PCR-Verfahren (Polymerase-Kettenreaktion), bei dem verschiedene Zielsequenzen aus der rRNA und der DNA kombiniert werden, ermöglicht die Identifizierung der Art bei gleichzeitiger Unterscheidung der Unterarten.[17] Zur Unterscheidung der Subspezies ist ebenfalls ein PCR-Verfahren geeignet, deren Primer auf das pepIP-Gen (das für das Enzym Prolin-Iminopeptidase codiert) ausgerichtet sind.[16]

Vorkommen

Ein Glas mit Milch

Das natürliche Habitat von L. delbrueckii ssp. bulgaricus ist die Milch und daraus hergestellte Produkte.[1] Sauermilchprodukte werden schon seit langem verwendet, da sie länger haltbar sind als frische Milch. 1905 isolierte der bulgarische Natur- und Medizinwissenschaftler Stamen Grigorow in bulgarischem Joghurt (der dort als „kissélo mléko“ oder „kisselo mliako“ bezeichnet wird) ein Bakterium,[18] das später „Bacillus bulgaricus“ genannt wurde[3] und das nach aktueller Nomenklatur L. delbrueckii ssp. bulgaricus ist. In Molkereien wird er als Starterkultur bei der Joghurtherstellung (in Kombination mit Streptococcus salivarius subsp. thermophilus) eingesetzt, ebenso bei der Produktion von Quark und Sauermilchkäse.[2]

Systematik

Äußere Systematik

Lactobacillus delbrueckii ist die Typusart der Gattung Lactobacillus. Die etwa 200 Arten der Gattung bilden keine einheitliche Gruppe, sie unterscheiden sich beispielsweise im Hinblick auf die durchgeführte Milchsäuregärung und werden so in homo- und heterofermentative Arten unterschieden. Auch hinsichtlich anderer Merkmale (z. B. der GC-Gehalt in der Bakterien-DNA) weichen die Vertreter der Gattung beträchtlich voneinander ab. Die Gattung gehört zur Familie der Lactobacillaceae, diese wird zu der Ordnung der Lactobacillales (Milchsäurebakterien) in der Klasse der Bacilli gestellt, die dem Phylum der Firmicutes zugerechnet wird.[19]

Innere Systematik

Die Nomenklatur des Bakteriums hat sich im 20. Jahrhundert mehrfach verändert. Die Bezeichnung „Bacterium bulgaricum“ basiert auf der Entdeckung durch den bulgarischen Wissenschaftler Grigorow.[18] Sie wird jedoch nicht als Synonym geführt.[19][20] Grigorow hatte das Bakterium 1905 als „Bacille A“ bezeichnet, das Epitheton, welches auf Bulgarien als Herkunftsort des Joghurts und des darin entdeckten Bakteriums verweist, wurde erst von Luerssen und Kuhn 1907 im Artnamen „Bacillus bulgaricus“ verwendet. 1915 wurde dieser von Buchanan und Hammer in „Bacterium bulgaricum“ geändert. Dieses Bakterium findet sich in der ersten Ausgabe des von David Hendricks Bergey 1923 herausgegeben „Bergey's Manual of Determinative Bacteriology“ als Lactobacillus bulgaricus beschrieben. Nach gründlicher Recherche stellten Rogosa und Hansen 1971 fest, dass die ursprüngliche Beschreibung nicht für die Etablierung einer Art ausreichend ist, sondern dass sie das Bakterium lediglich als einen Vertreter der Gattung Lactobacillus darstellt.[3] Da 1971 kein Bakterienstamm mehr vorhanden war, auf den sich diese Bezeichnung zurückführen lässt, schließen sie ihre Recherche mit den Worten Vorlage:"-en[21]

1919 wurde das Bakterium durch Orla-Jensen als Thermobacterium bulgaricum Stamm Nr. 14 aus bulgarischem Joghurt isoliert und beschrieben.[22] Nach den Regeln des International Code of Nomenclature of Bacteria (Bakteriologischer Code) gilt dies als Erstbeschreibung, da diese eindeutig ist und der Bakterienstamm, auf dem sie basiert, für Untersuchungszwecke zur Verfügung steht. Die Untersuchung von Rogosa und Hansen an verschiedenen Lactobacillus-Arten führte 1971 zu dem Ergebnis, dass Thermobacterium bulgaricum und das ebenfalls von Orla-Jensen beschriebene Bakterium „Thermobacterium jugurt“ identisch sind. Außerdem stimmen weitere Bakterienisolate anderer Wissenschaftler aus bulgarischem, russischem, griechichem, syrischem und armenischem Joghurt in ihren Eigenschaften mit Thermobacterium bulgaricum überein. Da mehrere Wissenschaftler in den 1920er und 1930er Jahren für ihre Isolate bereits den Namen Lactobacillus bulgaricus verwendet hatten, schlugen Rogosa und Hansen vor, diesen als gültige Artbezeichnung zu führen.[3] Diese Auffassung wurde akzeptiert, so dass in der 1980 veröffentlichten Liste der anerkannten Taxa (Approved Lists of Bacterial Names) diese Art als Lactobacillus bulgaricus (Orla-Jensen 1919) Rogosa and Hansen 1971 aufgeführt wurde.[23] Nach aktuellem Stand stellt sie ein Basonym (vergleiche Basionym in der Botanik) dar.[19]

1983 schließlich erfolgte eine genetische Untersuchung der Typusstämme mehrerer Lactobacillus-Arten durch Weiss u. a. mit Hilfe der DNA-DNA-Hybridisierung. Da die Ergebnisse mit einer Ähnlichkeit von 90 bis zu 100 % eine sehr nahe Verwandtschaft der Bakterienstämme zeigten, wurden sie dem 1896 entdeckten Lactobacillus delbrueckii als Unterarten zugeordnet.[24] Seit der Anerkennung dieser Ergebnisse wird Lactobacillus bulgaricus als Unterart (Subspezies) Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (Orla-Jensen 1919) Weiss et al. 1984, comb. nov. geführt. Der Stamm ATCC 11842 ist der Typusstamm der Unterart.[19] Er lässt sich auf den als Thermobacterium bulgaricum Nr. 14 bezeichneten Stamm zurückführen, der 1919 von Orla-Jensen isoliert wurde.[3] Es sind mehrere Bakterienstämme in verschiedenen Sammlungen von Mikroorganismen hinterlegt.[25]

In Bulgarien, in dem Joghurt schon viel länger bekannt ist als beispielsweise in Deutschland, wird die Arbeit von Grigorow immer noch geschätzt. Ein 2005 durchgeführtes internationales Symposium zum Thema On Original Bulgarian Yogurt (englisch für „über den original bulgarischen Joghurt“) wurde das Bakterium als „Lactobacillus bulgaricus Grigoroff“ bezeichnet.[26] Auch Molkereien in Deutschland bezeichnen vereinzelt die Kulturen in dem von ihnen hergestellten Joghurt als Lactobacillus bulgaricus.[27]

Etymologie

Der nun verwendete Gattungsname lässt sich auf das Vorkommen und das Aussehen der Bakterienzellen zurückführen, lac aus dem Lateinischen bedeutet „Milch“, während bacillus (lat.) auf die stäbchenförmige Gestalt hinweist. Der Artname wurde zu Ehren des deutschen Bakteriologen Max Delbrück gewählt, während sich die Bezeichnung der Unterart auf die Herkunft der Bakterien aus bulgarischem Joghurt bezieht.[19]

Industrielle Bedeutung

Joghurtherstellung

L. delbrueckii ssp. bulgaricus wird bei der Erzeugung von traditionellem Joghurt eingesetzt. In Molkereien wird er meist in Kombination mit Streptococcus salivarius subsp. thermophilus (Streptococcus thermophilus) gezielt als Starterkultur zu pasteurisierter und homogenisierter Milch hinzugefügt. Der Ansatz wird bei 43–45 °C bebrütet, durch die Milchsäuregärung kommt es innerhalb weniger Stunden zur Säuerung und Dicklegung der Milch.[2] Durch die Milchsäureproduktion der Starterkulturen sinkt der pH-Wert im fertigen Joghurt auf pH 4,0 bis 4,2 und das Lebensmittel enthält nach der Fermentation etwa 0,7–1,1 % Milchsäure.[9]

Dieser klassische Joghurt zeichnet sich durch einen sauren Geschmack aus. Ein mit anderen Lactobacillus-Arten, v.a. L. acidophilus hergestelltes Sauermilchprodukt zeichnet sich durch einen milderen Geschmack aus. Es wurde unter den Bezeichnungen „Acidophilus-Milch“[4] oder „Bioghurt“[2] zunehmend beliebter beim deutschen Verbraucher. Nach der Verordnung über Milcherzeugnisse wird dieses Produkt als „Joghurt mild“ bezeichnet[28], durch die veränderte Starterkultur enthält dieses Produkt überwiegend rechtsdrehende Milchsäure, also L-(+)-Milchsäure (Syn.: (S)-Milchsäure). Dieses Enantiomer ist die für den Menschen geeignetere physiologische Form, da im Stoffwechsel des Menschen L-Milchsäure gebildet wird und diese durch ein spezifisches Enzym, die L-(+)-Lactatdehydrogenase, schneller abgebaut wird.[9] Der traditionelle Joghurt mit Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ist in südeuropäischen Ländern jedoch noch weit verbreitet.

Weitere Molkereiprodukte

Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus wird auch bei der Produktion von Quark und Sauermilchkäse verwendet. Der Beginn des Prozesses verläuft ähnlich wie bei der Joghurtherstellung. Das in der Milch enthaltene Protein Casein wird dabei ausgefällt – es gerinnt, dies wird bei der Herstellung von Sauermilchkäse mit Hilfe von Milchsäurebakterien erreicht. Bei den thermophilen Starterkulturen wird Streptococcus salivarius subsp. thermophilus verwendet, in Kombination mit L. delbrueckii ssp. bulgaricus oder der Unterart L. delbrueckii ssp. lactis, in Einzelfällen noch andere Lactobacillus-Arten. Der Ansatz wird bei 32–45 °C inkubiert.[2]

Ein in der asiatischen Küche verwendetes Getränk ist Kumys (andere Schreibweise: Kumiss). Auch dieses aus Stutenmilch hergestellte Sauermilchprodukt enthält L. delbrueckii ssp. bulgaricus,[2] zusammen mit bestimmten Hefen, die eine alkoholische Gärung durchführen, somit enthält das Getränk neben Milchsäure auch Ethanol und Kohlendioxid.[9]

Quellen

Literatur

  • Walter P. Hammes, Christian Hertel: The Genera Lactobacillus and Carnobacterium (Chapter 1.2.10). In: Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.): The Prokaryotes. A Handbook on the Biology of Bacteria, Volume 4: Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria. 3. Auflage. Springer-Verlag, New York 2006, ISBN 978-0-387-25494-4, S. 320–403, doi:10.1007/0-387-30744-3_10.
  • 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.
  • Hans G. Schlegel, Christiane Zaborosch: Allgemeine Mikrobiologie. 7. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart/New York 1992, ISBN 3-13-444607-3.
  • Mikroorganismen im Unterricht. In: Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius (Hrsg.): Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik. 1. Auflage. Band 3. Metzler-Schulbuchverlag, Hannover 1992, ISBN 3-8156-3351-6.

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f g h i Mikroorganismen im Unterricht. In: Horst Bayrhuber, Eckhard R. Lucius (Hrsg.): Handbuch der praktischen Mikrobiologie und Biotechnik. 1. Auflage. Band 3. Metzler-Schulbuchverlag, Hannover 1992, ISBN 3-8156-3351-6, S. 54–56.
  2. ↑ a b c d e f g h i j Hans G. Schlegel, Christiane Zaborosch: Allgemeine Mikrobiologie. 7. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart/New York 1992, ISBN 3-13-444607-3, S. 100–101, 296–304.
  3. ↑ a b c d e f g h M. Rogosa, P. A. Hansen: Nomenclatural Considerations of Certain Species of Lactobacillus Beijerinck: Request for an Opinion. In: International Journal of Systematic Bacteriology. Band 21, Nr. 2, April 1971, S. 177–186, ISSN 1932-6203. doi:10.1099/00207713-21-2-177.
  4. ↑ a b c d e 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. 558–563, 693, 1101–1102.
  5. ↑ a b c d Lactobacillus delbrueckii bulgaricus ATCC 11842. In: Webseite Genomes Online Database (GOLD). Abgerufen am 16. August 2013.
  6. ↑ a b c d Walter P. Hammes, Christian Hertel: The Genera Lactobacillus and Carnobacterium. In: The Prokaryotes. A Handbook on the Biology of Bacteria, Volume 4: Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria. Herausgegeben von M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, K.-H. Schleifer, E. Stackebrandt. 3. Auflage. Springer Verlag, New York 2006, ISBN 978-0-387-25494-4, S. 355–357
  7. ↑ a b M. L. Michaylova: Influence of the cultivation condition on carbohydrate utilization by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. In: Bulgarian Journal of Agricultural Science. Band 18, Nr. 5, 2012, S. 759–762, online.
  8. ↑ a b c Lactobacillus delbrueckii. In: Webseite Genome des National Center for Biotechnology Information (NCBI). Abgerufen am 17. August 2013.
  9. ↑ a b c d Hans-Dieter Belitz, Walter Grosch: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 4. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg/Berlin 1992, ISBN 3-540-55449-1, S. 471–474.
  10. ↑ A. C. Chaves, M. Fernandez u. a.: Metabolic engineering of acetaldehyde production by Streptococcus thermophilus. In: Applied and environmental microbiology. Band 68, Nummer 11, November 2002, S. 5656–5662, ISSN 0099-2240. PMID 12406762. PMC 129919 (freier Volltext).
  11. ↑ P. Hao, H. Zheng u. a.: Complete sequencing and pan-genomic analysis of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus reveal its genetic basis for industrial yogurt production. In: PloS one. Band 6, Nummer 1, 2011, S. e15964, ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0015964. PMID 21264216. PMC 3022021 (freier Volltext).
  12. ↑ TRBA 466: Einstufung von Prokaryonten (Bacteria und Archaea) in Risikogruppen. In: Webseite der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA). 4. Mai 2012, abgerufen am 16. August 2013.
  13. ↑ Katalog der Mikroorganismen. In: Webseite des Leibniz Institut DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH. Abgerufen am 16. August 2013.
  14. ↑ W. P. Hammes, C. Hertel: The Genera Lactobacillus and Carnobacterium. S. 346
  15. ↑ Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus strain ATCC 11842 16S ribosomal RNA gene, complete sequence. In: Webseite Nucleotide von Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus des National Center for Biotechnology Information (NCBI). Abgerufen am 13. April 2014.
  16. ↑ a b W. P. Hammes, C. Hertel: The Genera Lactobacillus and Carnobacterium. S. 362–364
  17. ↑ S. Lick, E. Brockmann, K. J. Heller: Identification of lactobacillus delbrueckii and subspecies by hybridization probes and PCR. In: Systematic and applied microbiology. Band 23, Nr. 2, Juni 2000, S. 251–259, ISSN 0723-2020. doi:10.1016/S0723-2020(00)80012-0. PMID 10930078.
  18. ↑ a b Stamen Grigoroff: Étude sur un lait fermenté comestible. Le „Kissélo mléko“ de Bulgarie. In: Revue Médicale de la Suisse Romande. Nr. 10, Genève, 1905.
  19. ↑ a b c d e Jean Euzéby, Aidan C. Parte: Genus Lactobacillus. In: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN). Abgerufen am 11. April 2014.
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  21. ↑ M. Rogosa, P. A. Hansen (1971): Nomenclatural Considerations of Certain Species of Lactobacillus Beijerinck: Request for an Opinion. S. 181.
  22. ↑ Sigurd Orla-Jensen: The lactic acid bacteria. Andr. Fred. Høst & Son, Copenhagen, 1919, S. 1–118.
  23. ↑ Approved Lists of Bacterial Names. In: V. B. D. Skerman, Vicki McGowan, P. H. A. Sneath (Hrsg.): International Journal of Systematic Bacteriology. Band 30, Nr. 1, 1. Januar 1980, ISSN 0020-7713, S. 225–420, doi:10.1099/00207713-30-1-225.
  24. ↑ N. Weiss, U. Schillinger, O. Kandler: Lactobacillus lactis, Lactobacillus leichmannii and Lactobacillus bulgaricus, Subjective Synonyms of Lactobacillus delbrueckii, and Description of Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis comb. nov. and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus comb. nov.. In: Systematic and Applied Microbiology. Band 4, Nr. 4, Dezember 1983, S. 552–557, ISSN 0723-2020. doi:10.1016/S0723-2020(83)80012-5.
  25. ↑ Taxon Passport Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. In: Webseite StrainInfo (gesammelte Informationen über Bakterienstämme in über 60 Biologischen Forschungseinrichtungen (biological resource centers, BRCs)). Abgerufen am 13. April 2014.
  26. ↑ International Symposium On Original Bulgarian Yogurt, 25 - 27 May 2005, Sofia. In: Dr. Stamen Grigorov Foundation. Abgerufen am 17. August 2013.
  27. ↑ Hansano Bulgaria Joghurt. In: Webseite Hansano. Abgerufen am 11. April 2014.
  28. ↑ Text der Verordnung über Milcherzeugnisse (Milcherzeugnisverordnung - MilchErzV) bei juris. Abgerufen am 17. August 2013.

Weblinks

Commons: Lactobacillus – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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