Clostridium spp. und Clostridioides difficile: Angriff auf Virulenzfaktoren

Die Gattung Clostridium ist groß und vielfältig und weist eine große Variabilität bei Genotyp und Phänotyp auf, was in den letzten Jahren zur Bildung mehrerer Clostridium-Cluster und zu Neuklassifizierungen geführt hat, wobei insbesondere Clostridioides difficile im Jahr 2016 neu klassifiziert wurde und weitere Mitglieder derzeit zur Neuklassifizierung vorgeschlagen werden [1]. Es wird heute allgemein anerkannt, dass die eigentliche Gattung Clostridium aus etwa 118 Stämmen besteht, die phänotypisch der Typusart Clostridium butyricum ähnlich sind und als Clostridium sensu stricto anerkannt werden [2].  Diese Mikroorganismen sind obligat anaerob (mit wenigen Ausnahmen), stäbchenförmig, gram-positiv und endosporenbildend. Mehrere Arten sind sowohl Kommensalen des Darms als auch opportunistische Krankheitserreger, die durch eine Vielzahl von Virulenzfaktoren, einschließlich der Sekretion von Exotoxinen, Krankheiten verursachen können[3].  

Aufgrund der zunehmenden Antibiotikaresistenz und der stockenden Entwicklung neuer Antibiotika durch die pharmazeutische Industrie hat sich die Forschung auf die Erreger-assoziierten Gene (PAGs) konzentriert, die potenziell für uncharakterisierte Proteine kodieren und eine Fülle neuer Ziele für die Entwicklung neuer Medikamente darstellen [4]. Darüber hinaus sind Anti-Virulenz-Therapien ein alternativer Ansatz zu Antibiotika, der darauf abzielt, die bakterielle Virulenz abzuschwächen, anstatt auf zelluläre Komponenten oder Funktionen zu zielen, und auch die Mikrobiota zu schützen und das Risiko der Entwicklung von AMR zu verringern [4].

Whitley WASP Touch Derix et al. (2022) untersuchten die In-vitro- und In-vivo-Wirkungen von Laktose auf die α-Toxin-Produktion und -Aktivität von Clostridium perfringens sowie auf den Gehalt an Anti-α-Toxin-Antikörpern bei 10 Wochen alten Kälbern [3]. Das Team fand heraus, dass Laktose in vitro eine konzentrationsabhängige hemmende Wirkung auf die α-Toxin-Aktivität hat. Das In-vivo-Experiment zeigte dann, dass die Anti-α-Toxin-Antikörperspiegel von Tieren mit hohem Laktosekonsum zurückgingen, was auf einen natürlichen Rückgang der mütterlichen Immunität bei Tieren mit Laktosekonsum und auf eine Verringerung der C. perfringens-α-Toxin-Produktion in vivo durch die Laktose in der Nahrung hindeutet, was zu einem Rückgang der Antigenpräsentation führen kann. Dies setzt Kälber, die Laktose konsumieren, einem höheren Risiko aus, eine nekrohämorrhagische Enteritis zu entwickeln. Roseboom et al. (2023) sequenzierten kürzlich die Gene innerhalb der Plasmide, die für die Toxinvirulenz von C. difficile kodierten, die von Patienten mit rezidivierenden Infektionen (rCDI) isoliert wurden [5]. Sie fanden zirkuläre extrachromosomale dsDNA aus 4 klinischen Isolaten, die zur gleichen Plasmidfamilie gehörten [5]. Das Team verwendete eine Whitley Anaerobic Workstation, um optimale anaerobe Wachstumsbedingungen für anspruchsvolle Anaerobier zu haben, und einen Whitley WASP Touch Spiralplater, um über Nacht Kulturen auszuzählen, die einer Konjugation unterzogen wurden, und um Isolate auszuwählen, die erfolgreich konjugiert hatten.

Geschrieben von der DWS-Mikrobiologin Charlotte Austin

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Referenzen

1. Paul A. Lawson, Liz Saavedra Perez, Krithivasan Sankaranarayanan (2023) Reclassification of Clostridium cocleatum, Clostridium ramosum, Clostridium spiroformeand Clostridium saccharogumia as Thomasclavelia cocleata gen. nov., comb. nov., Thomasclavelia ramosa comb. nov., gen. nov., Thomasclavelia spiroformis comb. nov. and Thomasclavelia saccharogumia comb. nov. International Journal of systematic and Evolutionary Microbiology
2. Cong-Jian  Li, Zhen Zhang, Peng-Chao Zhan, Ai-Ping Lv, Pan-Pan Li, Lan Liu,  Wen-Jun Li, Ling-Ling Yang, Xiao-Yang Zhi (2023) Comparative genomic  analysis and proposal of Clostridium yunnanense sp. nov., Clostridium rhizosphaerae sp. nov., and Clostridium paridis sp. nov., three novel Clostridium sensu stricto endophytes with diverse capabilities of acetic acid and ethanol production. Anaerobe Volume 79
3. Jill  Derix, Richard Ducatelle, Bart Pardon, Evi Croes, Niels Groot  Nibbelink, Linda Van Deurzen-Duineveld, Filip Van Immerseel, Evy  Goossens (2023) The in vitro effect of lactose on Clostridium perfringens alpha toxin production and the implications of lactose consumption for in vivo anti-alpha toxin antibody production. Journal of Dairy Science 
4. Wing  Yin Venus Lau, Patrick K. Taylor, Fiona S. L. Brinkman, Amy H. Y. Lee  (2023) Pathogen-associated gene discovery workflows for novel  antivirulence therapeutic development. eBioMedicine Volume 88
5. Anna  M. Roseboom, Quinten R. Ducarmon, Bastian V.H. Hornung, C´eline  Harmanus, Monique J.T. Crobach, Ed J. Kuijper, Rolf H.A.M. Vossen, Susan  L. Kloet, Wiep, Klaas Smits (2023) Carriage of three plasmids in a  single human clinical isolate of Clostridioides difficile. Plasmid