Lactobacillus johnsonii

Die Zellen sind kurze bis relativ lange Stäbchen (0,5–1,5 × 1,5–10 µm), die einzeln, paarweise und gelegentlich in kurzen Ketten vorkommen. Kolonien auf BL-Agar sind 0,5–2,0 mm im Durchmesser, rund bis leicht unregelmäßig, ganzrandig, graubraun bis rotbraun und rau.

Lactobacillus-Arten sind fakultativ anaerob, wenn Sauerstoff vorhanden ist, findet die Atmung statt. Unter anaeroben Bedingungen, also unter Sauerstoffausschluss wie im Darm, führt Lactobacillus johnsonii die homofermentative Milchsäuregärung durch, das heißt das einzige Produkt der Gärung aus Glucose ist die Milchsäure (Lactat). Bei der heterofermentative Gärung werden dem hingegen neben Milchsäure auch andere Endprodukte, meist Ethanol und Kohlenstoffdioxid, gebildet. Lactobacillus johnsonii toleriert bis zu 4 % NaCl.^[1]

Lactobacillus johnsonii zählt zu der sogenannten "Lactobacillus delbrueckii Gruppe". Sie enthält hauptsächlich obligate Homofermenter, aber auch einige fakultative Heterofermenter. Der G+C-Gehalt innerhalb dieser Gruppe variiert relativ stark zwischen 34 und 51 Molprozent, was durch Veränderungen in der Codonverwendung aufgrund der Degeneriertheit des genetischen Codes erklärt werden kann. Der Peptidoglykantyp aller Arten dieser Gruppe ist vom Typ Lys–d-Asp.^[1]

Lactobacillus johnsonii zählt zu den Milchsäurebakterien. Diese Mikroben kommen in nährstoffreichen Umgebungen vor, wie in Pflanzen und deren Früchten sowie in Milch und Milchprodukten, wie Joghurt, vor. Des Weiteren sind sie im Darm von Menschen und Tieren zu finden, wo sie unter anaeroben Bedingungen, also unter Sauerstoffausschluss, durch die Fermentation wachsen. Sie können viele Nährstoffe nicht selbständig synthetisieren (sie sind auxotroph).^[3] Lactobacillus johnsonii kommt vor allem in Vögeln, Vieh, Schweinen und auch im menschlichen Darm vor.^[4][1] Aufgrund ihrer Häufigkeit in menschlichen Lebensmitteln stellt die Gattung Lactobacilus (deutsch als Laktobazillen bezeichnet) die wichtigste Gruppe der aufgenommenen Mikroorganismen dar und viele Arten zählen zu dem menschlichen Mikrobiom. Die anatomischen Unterschiede zwischen dem Darm von Mensch und Tier beeinflussen die Anzahl und Zusammensetzung der Mikroorganismen, insbesondere der Laktobazillen. Der menschliche Magen ist mit einer drüsenhaltigen Schleimhaut ausgekleidet, während er bei Schweinen, Mäusen und Ratten teilweise von einem drüsenlosen, mehrschichtigen Plattenepithel bedeckt ist. Dieses Epithel findet sich auch im Kropf von Vögeln und im Magen von Pferden. Laktobazillen haften direkt an diesen Epithelien, die bei Schweinen als Pars oesophagea und bei Mäusen und Ratten als Vormagen bezeichnet werden, und bilden eine Zellschicht. Entsprechend besiedeln sie diese Epithelien auch bei Vögeln und Pferden. Von dort aus inokulieren die Laktobazillen kontinuierlich den Nahrungsbrei, was zu einer hohen Anzahl im proximalen Abschnitt des Verdauungstrakts führt.^[1][2]

Von Lactobacillus johnsonii ist das komplette Genom sequenziert worden. Das vollständige Genom wurde mit dem von Lactobacillus plantarum (nun als Lactiplantibacillus plantarum geführt) verglichen. Der Vergleich zeigte starke Unterschiede in der genetischen Ausstattung dieser beiden Arten, die an eine große Vielfalt von Umgebungen bzw. an den Darmtrakt angepasst sind. Obwohl das Genom von Lactobacillus plantarum 90 Proteine kodiert, die vermutlich am Transport und Stoffwechsel von Vitaminen und Cofaktoren beteiligt sind, kodiert das Genom von Lactobacillus johnsonii nur 30. Darüber hinaus werden 268 Proteine in Lactobacillus plantarum für den Stoffwechsel und Transport von Aminosäuren verantwortlich gemacht, während im Genom von Lactobacillus johnsonii nur 125 kodiert sind. Lactobacillus plantarum kodiert die Enzyme, die für die Biosynthese aller Aminosäuren mit Ausnahme von Leucin, Isoleucin und Valin benötigt werden, wohingegen Lactobacillus johnsonii vermutlich nicht in der Lage ist, die meisten, wenn nicht sogar alle der 20 Standardaminosäuren zu synthetisieren. Eine ähnliche Reduktion der genetischen Ausstattung wurde auch für Proteine festgestellt, die vermutlich an der Fettsäurebiosynthese sowie am Transport und Stoffwechsel von Kohlenhydraten beteiligt sind.^[5][6]

Lactobacillus johnsonii wird als Probiotikum eingesetzt.^[2][4] Gemäß dem probiotischen Konzept werden Milchsäurebakterien (wie Laktobazillen und Bifidobakterien) in Lebensmitteln, insbesondere in fermentierten Milchprodukten und als Futtermittelzusatzstoffe, zur Verbesserung der Gesundheit eingesetzt. Neben Lactobacillus johnsonii zählen zu den in Lebensmitteln verwendeten Arten die folgenden Laktobazillen: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus rhamnosus und Lactobacillus salivarius. Wirbeltiere erwerben ihre Darmflora während oder nach der Geburt. Laktobazillen lassen sich 1–3 Tage nach der Geburt aus menschlichen Fäkalien kultivieren. Die in den folgenden Zeiträumen nachweisbaren Mengen steigen an, abhängig von individuellen Faktoren und der Ernährung. Die Nahrung kann Laktobazillen enthalten, die die Darmpassage überstehen und im Stuhl nachweisbar sind. Dies könnte zumindest teilweise die beobachteten Schwankungen der Laktobazillen-Symbiose bei Individuen aller Altersgruppen erklärten.^[1]