Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Taxonomische Einordnung und phänotypische Charakterisierung der Bifidobacterium pseudolongum-Gruppe aus Rinderfäzes und anderen Herkünften

Hoffmann, Mareike Jasmin

Bifidobacteria are Gram-positive, anaerobic bacteria that occur naturally in the gastrointestinal tract of humans and animals. A dominant species in the gut of many species is Bifidobacterium (B.) pseudolongum. Within these species, there are an additional two subspecies, B. pseudolongum ssp. pseudolongum and B. pseudolongum ssp. globosum, and some strains are described as an intermediate group, which could not be clearly assigned to any of the two subspecies. The aim of this study was to further characterize the significant B. pseudolongum group and the taxonomic classification of their representatives. Presumptive bifidobacteria were isolated from the feces of cattle (34 animals from four farms) based on morphological characteristics using selective growth media. The assignment of the isolates to the genus Bifidobacterium was performed on the detection of the enzyme fructose-6-phosphate phosphoketolase. A representative selection of isolates was characterised phenotypically using API® systems and a culture medium with 4.5 % sodium malate addition. For classification the isolates were subjected to a cluster analysis in combination with further strains (type, reference and wild strains of the genus Bifidobacterium, strains of the intermediate group). As genotypic characteristic the content of guanine-cytosine (GC) base pairs of the genomic DNA was determined from a randomly chosen variety of strains or isolates. From the feces of 79 % of the tested cattle bifidobacteria could be isolated. These were all lactating dairy cows. On the other hand bifidobacteria couldn’t be found in the feces of some non-lactating cattle. The cluster analysis showed that the isolates are animal- and company-independent in the tested characteristics very homogeneous. The majority of the isolates (96 %) was classified as B. pseudolongum ssp. globosum. The other isolates were classified as B. ruminantium or B. minimum, or couldn’t be assigned to any cluster. The strains of the intermediate group were classified as B. pseudolongum ssp. pseudolongum. By determining the GC-content, classification of the isolates couldn’t be confirmed in each case, so that further genotypic methods should be used for confirmation. With the methods used in this study, the presence of an intermediate group within the species B. pseudolongum could be neither excluded nor confirmed. Further studies are required using genotypic methods and examination of other animal species. However, this study serves to contribute important insights into the micro-ecology and phenotypic characterisation of B. pseudolongum group, especially as regards to its occurrence in the cow.

Bifidobakterien sind Gram-positive, anaerobe Bakterien, die natürlicherweise im Gastrointestinaltrakt von Mensch und Tier vorkommen. Eine im Darm vieler Tierarten dominierende Spezies ist Bifidobacterium (B.) pseudolongum. Innerhalb dieser Spezies sind neben zwei Subspezies, B. pseudolongum ssp. pseudolongum und B. pseudolongum ssp. globosum, auch Stämme einer Zwischengruppe beschrieben, die sich keiner der beiden Subspezies eindeutig zuordnen ließen. Ziel dieser Arbeit war die weitere Charakterisierung der B. pseudolongum-Gruppe und die taxonomische Einordnung ihrer Vertreter. Präsumtive Bifidobakterien wurden aus den Fäzes von Rindern (34 Tiere von vier Standorten) aufgrund morphologischer Eigenschaften mit Hilfe von Selektivnährmedien isoliert. Die Zuordnung der Isolate zum Genus Bifidobacterium erfolgte über den Nachweis des Enzyms Fruktose-6-Phosphat Phosphoketolase. Eine repräsentative Auswahl der Isolate wurde mit Hilfe von API®-Systemen und einem Nährboden mit 4,5 % Natriummalat-Zusatz phänotypisch charakterisiert. Zur Klassifizierung wurden die Isolate mit weiteren Stämmen (Typ-, Referenz- und Feldstämme des Genus Bifidobacterium, Stämme der Zwischengruppe) einer Clusteranalyse unterzogen. Als genotypisches Merkmal wurde der Gehalt an Guanin-Cytosin (GC)- Basenpaaren der genomischen DNS von einer stichprobenhaften Auswahl an Stämmen bzw. Isolaten bestimmt. Aus den Fäzes von 79 % der untersuchten Rinder konnten Bifidobakterien isoliert werden. Bei diesen Tieren handelte es sich ausschließlich um laktierende Milchkühe. Dagegen konnten in den Fäzes einiger nicht-laktierender Rinder keine Bifidobakterien gefunden werden. Aus der Clusteranalyse ging hervor, dass die Isolate in den untersuchten Merkmalen tier- und betriebsunabhängig sehr homogen sind. Der größte Teil der Isolate (96 %) wurde als B. pseudolongum ssp. globosum klassifiziert. Die übrigen Isolate wurden als B. ruminantium oder B. minimum klassifiziert bzw. konnten keinem Cluster zugeordnet werden. Die Stämme der Zwischengruppe wurden als B. pseudolongum ssp. pseudolongum klassifiziert. Durch die Bestimmung der GC-Gehalte konnte die Klassifizierung der Isolate nicht in jedem Fall bestätigt werden, sodass weitere genotypische Methoden zur Bestätigung eingesetzt werden sollten. Mit den in dieser Arbeit verwendeten Methoden kann das Vorhandensein einer Zwischengruppe innerhalb der Spezies B. pseudolongum weder ausgeschlossen noch bestätigt werden. Hierfür sind weitere Untersuchungen mittels genotypischer Methoden und an anderen Tierarten nötig. Die Studie konnte aber zur Mikroökologie und phänotypischen Charakterisierung der B. pseudolongum-Gruppe wichtige Erkenntnisse beitragen, insbesondere auch zum Vorkommen bei der Kuh.

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Hoffmann, Mareike Jasmin: Taxonomische Einordnung und phänotypische Charakterisierung der Bifidobacterium pseudolongum-Gruppe aus Rinderfäzes und anderen Herkünften. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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