Pseudomonas

Pseudomonas (fem.: die Pseudomonas, Plural für die der Gattung angehörigen Organismen: Pseudomonaden, von altgriechisch ψεῦδος pseúdos, deutsch ‚Täuschung‘, μονάς monás, deutsch ‚Einheit‘) ist eine Gattung stäbchenförmiger, mit polaren Geißeln sich aktiv bewegender, immer anaerob oder aerob veratmend, nie fermentierender, gramnegativer Bakterien. Sporen werden nicht gebildet. Das Genom der Art P. aeruginosa wurde vollständig sequenziert.

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

Merkmale und Stoffwechsel

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

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

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

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

Kulturen von P. aeruginosa zeichnen sich durch eine blau-grüne Färbung des Kulturmediums und süßlich-aromatischen Geruch aus.

Ökologie

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

Pathogenität

Die Pseudomonaden sind physiologisch hoch flexibel und können auch als opportunistische Krankheitserreger bei bereits geschwächten Pflanzen und Tieren auftreten. Von vielen Pseudomonas-Arten existieren pflanzenpathogene Stämme, so genannte Pathovare (Phytopathogene). Die Art Pseudomonas marginalis verursacht, meist an Sprossachsen, die Weichfäule. Pseudomonas syringae subsp. savastanoi pv. oleae verursacht die Tuberkelkrankheit beim Olivenbaum. Pseudomonas syringae pv. aesculi ist neben der Kastanienminiermotte und seltener Phytophthora-Arten (Oomycetes) ein bedeutender Verursacher des Kastaniensterbens, der den Baum so stark schädigt, dass er anfällig für opportunistische Pilze wird. Bei Tieren kann u. a. die Fleckenseuche der Süßwasserfische von Pseudomonas verursacht werden. Arten wie Pseudomonas aeruginosa können für Menschen mit geschwächtem Immunsystem gefährlich sein.

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

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

Klinische Bedeutung

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

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

Klinische Studien zu Pseudomonas-Impfungen werden seit einiger Zeit durchgeführt, etwa vom österreichischen Biotech-Unternehmen Intercell, das seinen Impfstoff bereits in Phase III testet. Die referenzierte Studie kam nicht zum gewünschten Ergebnis.

Anwendungen

Wie im September 2023 berichtet werden mit Hilfe gentechnisch veränderter Stämme des Bodenbakteriums Pseudomonas putida Verfahren entwickelt, um Kunststoffe wie Polyethylenterephthalat (PET) zu Produkten wie Terephthalsäure bzw. Ethylenglycol für ein anschließendes Upcycling abzubauen. Auch die biotechnische Erzeugung von Muconsäure, einem Ausgangsstoff für Nylon, wird getestet.

Literatur

• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage, Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1.
• Genus Pseudomonas. In: George M. Garrity (Hrsg.): Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2. Auflage, Band 2: The Proteobacteria. Part B: The Gammaproteobacteria. Springer, New York 2005, ISBN 0-387-95040-0.
• Martin Dworkin u. a. (Hrsg.): The Prokaryotes. A Handbook of the Biology of Bacteria. Band 6: Proteobacteria: Gamma Subclass. 3. Auflage, Springer-Verlag, New York 2006, ISBN 0-387-30746-X.

Weblinks

Commons: Pseudomonas – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Pseudomonas – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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

Einzelnachweise

1. Pseudomonas Genome Project
2. S. A. Essén u. a.: Siderophore production by Pseudomonas stutzeri under aerobic and anaerobic conditions. In: Applied and Environmental Microbiology, Band 73, Nr. 18, September 2007, S. 5857–5864, PMID 17675442, PMC 2074896 (freier Volltext). doi:10.1128/AEM.00072-07.
3. B. J. J. Lugtenberg, G. V. Bloemberg: Life in the rhizosphere. In: J. L. Ramos (Hrsg.): Pseudomonas. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York 2004, Band 1, S. 403–430.
4. Veronica Artursson, Roger D. Finlay, Janet K. Jansson: Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria and their potential for stimulating plant growth. In: Environmental Microbiology, Band 8, Nr. 1, 2006, S. 1–10, PMID 16343316.
5. UK Forestry Commission Joan Webber: Bleeding Canker of Horse Chestnut, abgerufen am 13. September 2016.
6. Süddeutsche Zeitung Thomas Hahn: Kastaniensterben: Mein Freund, blutender Baum vom 12. September 2016, abgerufen am 13. September 2016.
7. A. C. Scoging: Marine biotoxins. In: Journal of Applied Microbiology Symposium Supplement, Band 84, 1998, S. 418–508. doi:10.1046/j.1365-2672.1998.0840s141S.x.
8. M. Yotsu u. a.: Production of tetrodotoxin and its derivatives by Pseudomonas sp. isolated from the skin of a pufferfish. In: Toxicon, Band 25, 1987, S. 225–228, PMID 3576639.
9. Kendo Matsumura: Reexamination of Tetrodotoxin Production by Bacteria. In: Applied and Environmental Microbiology, September 1995, S. 3468–3470 (online).
10. D. S. Kim, C. H. Kim: No ability to produce tetrodotoxin in bacteria — authors reply. In: Applied and Environmental Microbiology, Mai 2001, S. 2393–2394 ( (Memento des Originals vom 5. Dezember 2007 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/aem.asm.org).
11. Intercell starts a pivotal Phase II/III efficacy study with its Pseudomonas aeruginosa vaccine candidate (Memento vom 16. Februar 2013 im Webarchiv archive.today)
12. Impfstoffkandidat gegen Pseudomonas aeruginosa (VLA43) hat positiven Impfstoffeffekt in einer Phase II/III-Studie nicht bestätigt. Auf: LISAvienna.at vom 2. Juni 2016.
13. Problem Plastikmüll – Bakterien machen PET-Kunststoffe zu neuem Rohstoff. Auf: n-zv.de vom 26. September 2023. Quelle: ntv.de, Stefan Parsch, dpa.