The Nitrogen and Carbon Metabolism in Klebsiella pneumoniae : Implications for Inflammatory Bowel Disease and Hepatic Encephalopathy

Abstract

Das Darmmikrobiom spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im Gastrointestinaltrakt. Klebsiella pneumoniae, ein opportunistischer gramnegativer Erreger, hat aufgrund der häufiger auftretenden Antibiotikaresistenzen und seiner Rolle bei darmpathogenen Erkrankungen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Frühere Arbeiten zeigten, dass Urease, ein bekannter Virulenzfaktor von K. pneumoniae, möglicherweise im Kontext der Stickstofflimitierung und im sauren Milieu des Magen-Darm-Traktes eine Rolle spielt. In-vitro-Experimente zeigten, dass K. pneumoniae Harnstoff als Stickstoffquelle nutzen kann, was unter stickstofflimitierten Bedingungen einen Wachstumsvorteil darstellt. In sauren Umgebungen verschafft Urease jedoch keinen Überlebensvorteil. Unsere in-vivo-Studien mit Mäusen ergaben, dass weder Urease noch das Ntr-System, welches weitere Stickstoffquellen zugänglich macht, für eine erfolgreiche Kolonisation des Darms notwendig sind. Dies deutet darauf hin, dass Stickstoff kein limitierender Faktor für die Besiedlung des Darms ist. Im Gegensatz dazu scheinen Kohlenstoffquellen ein limitierender Nährstoff für Enterobacteriaceae wie K. pneumoniae zu sein. Eine zuvor durchgeführte Ernährungsstudie zeigte, dass Kohlenstoff ein wesentlicher Faktor für die Kolonisierung des Darms ist. Wir stellten fest, dass K. pneumoniae einfache Kohlenhydrate gegenüber komplexen, wie sie in Ballaststoffen vorkommen, bevorzugt. Dies könnte bei Erkrankungen wie Dysbiose von Bedeutung sein, da ein übermäßiges Wachstum von Enterobacteriaceae oft auftritt und in diesem Fall durch Ernährungsinterventionen eingesetzt werden könnten. Spezielle Kohlenhydrate werden bereits therapeutisch eingesetzt, z.B. Laktulose zur Behandlung von HE. Unsere Untersuchungen zeigten, dass Laktulose die Ammoniakproduktion von K. pneumoniae beeinflusst.