Intestinimonas

Die Zellen der Arten von Intestinimonas sind stäbchen- oder spindelförmig wie z.B. der Art I. gabonensis. Einige Arten, wie I. butyriciproducens, bilden Sporen. Die Gram-Färbung verläuft meist gramnegativ, die Arten haben aber eine grampositive Zellwandstruktur.

Der aus dem menschlichen Darm stammende Stamm Intestinimonas butyriciproducens AF211 kann die Aminosäure Lysin vollständig durch die Gärung in Butyrat und Acetat umwandeln.^[2] Diese Fähigkeit eines Damrmikrobiums war bei der Beschreibung eine neue Entdeckung (siehe weiter unten).

Genomische Analysen von Intestinimonas butyriciproducens Stamm AF211 Intestinimonas butyriciproducens Stamm SRB521^T ergaben einen vollständigen Glykolyseweg, während der Pentosephosphatweg und der Citrat-Zyklus bei beiden Stämmen unvollständig waren. In-vitro-Tests bestätigten eine gemischte Säuregärung unter Verwendung verschiedener Kohlenhydratsubstrate, die zur Produktion von Butyrat als Hauptprodukt und Ethanol, Isobutyrat bzw. Laktat als Nebenmetaboliten führte. Die beiden Stämme wuchsen mit Hexosen schlecht, aber das Wachstum wurde durch Zugabe von Acetat deutlich verbessert.

Eine ähnliche Eigenschaft wurde zuvor für Faecalibacterium prausnitzii beschrieben: Die Anwesenheit von Acetat erhöhte die Energiegewinnung aus Glukose durch diese durch Stimulation des Acetyl-CoA-Weges.^[3][4][2] Dieser Stoffwechselweg verfügt über einen Butyryl-CoA-Dehydrogenase (Bcd)-Elektronen-übertragenden Flavoprotein-Komplex (Etf), der über einen membranintegrierten Rnf-Komplex eine Protonenmotorische Kraft erzeugt.^[5][2]

Arten von Intestinimonas bilden durch ihren Stoffwechsel u.a. Butyrat als Endprodukt. Die Verbindung Butyrat und Butyrat produzierende Bakterien haben zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen, da sie beide eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase des Darms und der Integrität des Darmepithels spielen. Butyrat ist ein wichtiges Substrat für Kolonozyten und soll gegen Krebs wirken (antikarzinogene) sowie entzündungshemmende und antioxidative Wirkungen haben.^[6][7][2] Interessanterweise wurden bei entzündlichen Darmerkrankungen, Dickdarmkrebs und Typ-2-Diabetes verminderte Mengen von Butyrat bildenden (butyrogenen) Bakterien beobachtet.^{[2][8][9][10]} Butyrat produzierende Mikroben sind von daher als Probiotika von Interesse.

Bislang wurden mehrere Butyrat-produzierende Bakterien isoliert, die hauptsächlich zu den Clostridium-Clustern XIVa und IV gehören, die viele Mitglieder der Familie Lachnospiraceae bzw. Ruminococcaceae (nun als Oscillospiraceae geführt) versammeln. Diese Bakterien produzieren Butyrat hauptsächlich über den Acetyl-CoA-Weg.^[2] Wie oben beschrieben kann Intestinimonas butyriciproducens AF211 auch die Aminosäure Lysin und die Verbindung Fructoselysin vollständig durch die Gärung in Butyrat und Acetat umwandeln. Diese Eigenschaft ist einzigartig für das Darmökosystem und verbindet zwei wichtige Stoffwechselwege, die Bildung von Butyrat (Butyrogenese) und die Aminosäurefermentation im Darmtrakt. Andere Stämme von Intestinimonas butyriciproducens wurden auch aus Tieren, wie Schweinen, isoliert, vermutlich sind sie unter Säugern weit verbreitet.^[2]

Intestinimonas kann des Weiteren die Belastung durch Amadori-Produkte, die sich potenziell zu krebserregenden Advanced Glycation Endproducts (AGEs) entwickeln könnten, reduzieren und in eine nützliche Verbindung (Butyrat) umwandeln.^[11] Die Reaktion läuft ohne Enzyme ab, von daher spricht man von der Glykation. Amadori-Produkte entstehen z.B. beim Braten, Rösten oder Backen. Fructoselysin gehört zu den häufigsten Amadori-Produkten und ist auch ein Vorläufer von Advanced Glycation Endproducts (AGEs). Die Umwandlung von Fructoselysin in Butyrat könnte eine evolutive Anpassung des Bakteriums an den Verzehr des Wirtes von Amadori-Produkten sein, die das Ergebnis einer thermischen Behandlung von Lebensmitteln sind. Die Amadori-Produkte werden mit dem Alterungsprozess und chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht.^[12][11] Die sich daraus bildenden AGEs werden mit der Entstehung von Krebs und diabetischen Komplikationen in Verbindung gebracht, und daher könnte die Entfernung von AGEs (oder Vorläufern von AGEs) ein wichtiger Schritt zur Verringerung des Krebs- und Diabetesrisikos sein.^[11]

I. butyriciproducens produziert auch das Pseudovitamin B12, das für die Darmmikroben und – direkt oder indirekt – für den Wirt von Nutzen ist.

Intestinimonas aquisgranensis wurde mit Hilfe der neuen Methode namens "Single-Cell Dispensing (SCD)" isoliert. Dies ist eine Methode zur gezielten Trennung und Sortierung einzelner, verschiedener Zellen in Mikrotiterplatten, auf Chips oder in Tröpfchen. Diese Methode wird zur Isolierung einzelner Bakterien zur genomischen Charakterisierung oder Kultivierung bislang unbekannter Mikroorganismen („culturomics“) genutzt. Bei dieser Untersuchung wurden neben Intestinimonas aquisgranensis 82 menschliche Darmbakterienarten aus fünf Phyla (Actinobacteriota, Bacteroidota, Desulfobacterota, Bacillota (Firmicutes) und Proteobacteria) und 24 Familien gewonnen, darunter befanden sich die ersten kultivierten Vertreter von 11 neuen Gattungen und 10 neuen Arten, die taxonomisch vollständig charakterisiert wurden.^[13]

Bakterien der Gattung Intestinimonas zählen zu der Ordnung Eubacteriales innerhalb der Abteilung Bacillota (früher als Firmicutes bezeichnet). Phylogenetisch nahe stehen Mitglieder der Gattungen Flavonifractor und Pseudoflavonifractor.

Es folgt eine Liste einiger Arten:^[14]

• Intestinimonas aquisgranensis Afrizal et al. 2023
• Intestinimonas butyriciproducens Kläring et al. 2013
• "Intestinimonas gabonensis" Mourembou et al. 2017
• Intestinimonas massiliensis Afouda et al. 2020
• "Candidatus Intestinimonas merdavium" Gilroy et al. 2021
• "Candidatus Intestinimonas pullistercoris" Gilroy et al. 2021
• "Candidatus Intestinimonas stercoravium" Gilroy et al. 2021
• "Candidatus Intestinimonas stercorigallinarum" Gilroy et al. 2021