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Bacillus coagulans

Bacillus coagulans (lat. bacillum/bacillus, Stäbchen; coagulans, gerinnen, stocken) ist ein Milchsäure-produzierendes, sporenbildendes Bakterium. Es wurde das erste Mal 1915 von B.W. Hammer aus Dosenmilch isoliert.[1] Hintergrund war das gehäufte Auftreten von geronnener Dosenmilch in einer Fabrik in Iowa.[1] Unabhängig davon wurde B. coagulans 1932 von Horowitz-Walssowa und Nowotelnow als Lactobacillus sporogenes isoliert.[2]

Merkmale

B. coagulans ist ein Grampositives Stäbchen-Bakterium mit einer Größe von 0,9 auf 3,0 bis 5,0 μm.  Es ist Katalyse-positiv, sporen-bildend, freibeweglich und fakultativ anaerob.[3] B. coagulans kann Gramnegativ erscheinen, wenn es die stationäre Wachstumsphase eintritt.

Lebensweise und Physiologie

Die optimale Wachstumstemperatur beträgt 50 °C. Der optimale pH-Wert liegt in der Nähe von 6. B. coagulans kann Temperaturen zwischen 30 – 55 °C tolerieren.  Die Zellwand von B. coagulans unterscheidet sich von den meisten Grampositiven Bakterien (1-2 %) durch einen höheren Lipidgehalt (12,6 %).[3] Während des Wachstums kann B. coagulans Glucose, Saccharose, Maltose und Mannitol abbauen, um Milchsäure zu bilden. Wichtige Wachstumsfaktoren von B. coagulans sind Biotin und Thiamin.[4][5]

Im Sporenstadium unterschiedet sich das Aussehen von B. coagulans deutlich von den vegetativen Zellen. Erwachsenen B. coagulans Sporen besitzen einen Kern, eine Sporenmembran, einen Kortex und einen Sporenmantel.[6] Diese Sporen können für Jahre in diesem schlafenden Zustand verbleiben. Erfolgt ein geeigneter Stimulus kommt es zügig zur Keimung. Dieser Stimulus kann bei B. coagulans durch Nährstoffe aber auch physikalische Behandlungen erfolgen.[7][8] Dazu gehören bestimmte Aminosäuren (L-Alanin, L-Valin und L-Asparagin).[9] Da vor allem in den Verdauungsorganen Nährstoffe wie Zucker und Aminosäuren vorhanden sind, stellt der Dünndarm wahrscheinlich der Hauptort im menschlichen Körper dar, in dem es zur Keimung der Sporen von B. coagulans kommt.[3] Dort hält sich B. coagulans zwei bis fünf Stunden auf, bevor sich die jetzt lebenden Zellen von B. coagulans im unteren Teil des Dickdarms vermehren.[10]

Systematik

Bacillus cogulans 
Systematik 
Abteilung:  Firmicutes 
Klasse:  Bacilli 
Ordnung:  Bacillales 
Familie:  Bacillaceae 
Gattung:  Bacillus 
Art: Bacillus coagulans
Wissenschaftlicher Name 
Bacillus coagulans 

Hammer, 1915

Bedeutung für den Menschen

Es gibt eine ganze Reihe von positiven Effekten von B. coagulans, u.a. auf die Verdauung, die Darmflora und das Immunsystem.[3]

Effekt von B. coagulans auf die Verdauung und den Metabolismus

In Kooperation mit der Darmflora kann B. coagulans die die Verdauung unterstützen und die Aufnahme von Nährstoffen im Darm erhöhen.[11] B. coagulans produziert eine Reihe von Enzymen (Galactosidase, Amylase, Lipase, alkalische Protease) wodurch die effektive Nutzung der aufgenommenen Lebensmittel verbessert wird.[3]

Die von B. coagulans produzierten Verdauungsenzyme sind nachweislich aktiv im Darm. So können die gebildeten Proteasen den Aminosäuremetabolismus an anderer Stelle im Körper regulieren.[12] Zudem kann B. coagulans Metabolite wie kurzkettige Fettsäuren und Vitamine bilden.[3]

Im Detail unterstützt B. coagulans die Verdauung, indem es unter anderem die Darmperistaltik stimuliert, die Produktion von schädlichen Substanzen wie Amine verringert und das Darmmilieu verbessert.[13] Ferner kann B. coagulans die Gesundheit der Darmzotten fördern indem es Entzündungen verringert.[14] Gesunde Darmzotten können Nährstoffe besser aufnehmen, da eine optimale Entwicklung des Absorptionsbereichs der Darmzotten gewährleistet ist.

Effekt von B. coagulans auf Darmflora

B. coagulans  kann bei verschiedenen gastrointestinalen Erkrankungen bzw. Veränderungen eingesetzt werden.[3] Am besten untersucht ist die Behandlung mit B. coagulans  beim Reizdarmsyndrom. B. coagulans kann verschiedene Symptome des Reizdarmsyndroms verbessern, u.a. Blähungen, Bauchschmerzen, Dysbiose, Unwohlsein und akute Diarrhöe.[15][16][17][18][19][20][21]

Antibiotika können die Darmflora negativ verändern. B. coagulans konnte in Studien die Entwicklung eines mikrobiellen Ungleichgewichts und die damit assoziierten Erkrankungen aufgrund von Antibiotika verhindern.[22][23] Grund dafür ist unter anderem die Fähigkeit von B. coagulans  das Wachstum anderer Mikroorganismen im Darm, wie z.B. Lactobacillus und Bifidobacterium, zu verbessern.[24] Hinzu kommt, dass B. coagulans verschiedene pathogene Mikroorganismen (Vancomycin-resistente Enterkokken und E. coli) im Darm zurückdrängen kann.[25][26]

B. coagulans kann antimikrobielle Stoffe bilden, die bakterielles Wachstum hemmen und für ein Mikrobiom im Gleichgewicht sorgen.[27] Dazu gehört das Bacteriocin, dessen antibakterielle Wirkung gut bekannt ist.[28][29] Als eine anionische, antibakterielle Substanz, wirkt Bacteriocin als Breitbandantibiotikum gegen Grampositive Bakterien.[30][31] Neben Bacteriocin kann B. coagulans  andere antimikrobielle Substanzen wie Milchsäure und Essigsäure bilden.[3]

Effekt von B. coagulans auf die vaginale mikrobielle Flora

Das gesunde, vaginale Mikrobiom wird von Lactobacillus dominiert.[32] Einige pathogene Stämme wie Gardnerella, Mobiluncus und Atopobium können jedoch das Gleichgewicht der Vaginalflora verändern und zu einer bakteriellen Vaginose führen. Bereits 1980 wurde in einer klinischen Studie gezeigt, dass B. coagulans die Symptome einer unspezifischen Vaginitis lindern kann.[3] In einer klinischen Studie von 2012 konnte B. coagulans die Symptome einer bakteriellen Vaginose signifikant verbessern.[33] Hinzu kommt, dass B. coagulans Lactosporin produziert, ein antimikrobielles Protein.[34]

Effekt von B. coagulans auf das Immunsystem

B. coagulans ist in der Lage sowohl die quantitativen Parameter des Immunsystems, wie die Anzahl von Milzlymphozyten, Makrophagen und T-Lymphozyten, als auch die funktionelle Aktivität der Zellen zu normalisieren, um die Funktion des Immunsystems zu fördern.[35] Der Verzehr von B. coagulans kann das Immunsystem stärken und Entzündungen durch zell-assoziierte Mediatoren lindern.[3] B. coagulans kann die Produktion von immunaktivierenden, entzündungshemmenden Zytokinen, Chemokinen und Wachstumsfaktoren verändern.

Bei der Behandlung entzündlicher Erkrankungen kann B. coagulans als Adjuvant eingesetzt werden.[3] Es wird davon ausgegangen, dass der Wirkung die Th1/Th2-vermittelte Immunantwort zugrunde liegt. So kann der Verzehr von B. coagulans unter anderem die Expression inflammatorischer Immunfaktoren wie Interferon-gamma, Interleukin und Tumornekrosefaktor verringern ohne die normalen regulatorischen Zytokine zu verändern.[3]

Sicherheit

Die EFSA hat B. coagulans  der Qualified Presumption of Safety list (QPS) 2007 hinzugefügt.[36]

Von der US Food and Drug Administration (FDA) wurde B. coagulans der Status Generally Recognized As Safe (GRAS) gewährt. Unter anderem wurde in einer Studie die akute und die orale subchronische Toxizität in vivo bestimmt.[37] Eine Dosierung von bis zu 9,52×1011 CFUs bei einem 70 g schweren Menschen zeigte sich als gut verträglich und sicher.[37] Zusätzlich legt die Genomanalyse von B. coagulans nahe, dass mit Antibiotikaresistenzen verwandte Gene nur schwer auf andere Bakterien übertragbar waren.[38] Es wurden zudem keine weiteren Gene gefunden die ein potentielle Sicherheitsrisiko darstellen könnten.

Seit 1978 gibt es ein zugelassenes Patent (USPTO No. 4,110,477), um den Geschmack und die Haltbarkeit von Natto, einem traditionellen japanischen Nahrungsmittel, das aus fermentierten Sojabohnen hergestellt wird, durch die Zugabe von B. coagulans und dem nahen Verwandten Bacillus natto (Bacillus subtilis) zu verbessern.[39]

Marketing

B. coagulans wird auch unter dem Namen Lactobacillus sporogenes vermarktet. Zwar produziert B. coagulans , allerdings gehören Bakterien der Gattung Bacillus nicht zu den Milchsäurebakterien. Per Definition können Milchsäurebakterien (Lactobacillus und Bifidobacterium) keine Sporen bilden. Die korrekte wissenschaftliche Bezeichnung ist daher B. coagulans.[40]

Daneben wird B. coagulans in Europa auch unter der Bezeichnung Sporebiotics vermarktet, abgeleitet von der Englischen Bezeichnung „spore-based probiotics“.[41]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b BW Hammer: Bacteriological studies on the coagulation of evaporated milk. In: Exp. Stn. Res. Bull. Band 19, 1915, S. 119–131.
  2. ↑ LM Horowitz-Wlassowa et al: Über eine sporogenes Milchsaurebakterienart, Lactobacillus sporogenes n. sp. In: Zentralb. F. Bakt. II Abt. 87. Band 331, 1932.
  3. ↑ a b c d e f g h i j k l Jiang Cao, Zhiming Yu, Wenyin Liu, Jianxin Zhao, Hao Zhang: Probiotic characteristics of Bacillus coagulans and associated implications for human health and diseases. In: Journal of Functional Foods. Band 64, Januar 2020, S. 103643, doi:10.1016/j.jff.2019.103643 (elsevier.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  4. ↑ A. Weerkamp: Thermophilic bacteria. In: Biosystems. Band 6, Nr. 1, Juli 1974, S. 69–70, doi:10.1016/0303-2647(74)90023-9 (elsevier.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  5. ↑ Boone, David R., Brenner, Don J., Castenholz, Richard W., De Vos, Paul., Garrity, George M.: Bergey's manual of systematic bacteriology. 2nd ed Auflage. Band 2. Springer, New York 2001, ISBN 978-0-387-21609-6 (springer.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  6. ↑ P. Setlow: Germination of Spores of Bacillus Species: What We Know and Do Not Know. In: Journal of Bacteriology. Band 196, Nr. 7, 1. April 2014, ISSN 0021-9193, S. 1297–1305, doi:10.1128/JB.01455-13, PMID 24488313 (asm.org [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  7. ↑ Madan Paidhungat, Barbara Setlow, William B. Daniels, Dallas Hoover, Efstathia Papafragkou: Mechanisms of Induction of Germination of Bacillus subtilis Spores by High Pressure. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 68, Nr. 6, Juni 2002, ISSN 0099-2240, S. 3172–3175, doi:10.1128/AEM.68.6.3172-3175.2002, PMID 12039788 (asm.org [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  8. ↑ B. Setlow, A.E. Cowan, P. Setlow: Germination of spores of Bacillus subtilis with dodecylamine. In: Journal of Applied Microbiology. Band 95, Nr. 3, September 2003, ISSN 1364-5072, S. 637–648, doi:10.1046/j.1365-2672.2003.02015.x (wiley.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  9. ↑ Swaroopa Atluri, Katerina Ragkousi, Donna E. Cortezzo, Peter Setlow: Cooperativity Between Different Nutrient Receptors in Germination of Spores of Bacillus subtilis and Reduction of This Cooperativity by Alterations in the GerB Receptor. In: Journal of Bacteriology. Band 188, Nr. 1, 1. Januar 2006, ISSN 0021-9193, S. 28–36, doi:10.1128/JB.188.1.28-36.2006, PMID 16352818 (asm.org [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  10. ↑ Nguyen K. M. Tam, Nguyen Q. Uyen, Huynh A. Hong, Le H. Duc, Tran T. Hoa: The Intestinal Life Cycle of Bacillus subtilis and Close Relatives. In: Journal of Bacteriology. Band 188, Nr. 7, 1. April 2006, ISSN 0021-9193, S. 2692–2700, doi:10.1128/JB.188.7.2692-2700.2006, PMID 16547057 (asm.org [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  11. ↑ A. Maathuis, D. Keller, S. Farmer: Survival and metabolic activity of the GanedenBC 30 strain of Bacillus coagulans in a dynamic in vitro model of the stomach and small intestine. In: Beneficial Microbes. Band 1, Nr. 1, 1. März 2010, ISSN 1876-2883, S. 31–36, doi:10.3920/BM2009.0009 (wageningenacademic.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  12. ↑ Julie Minevich, Mark A Olson, Joseph P Mannion, Jaroslav H Boublik, Josh O McPherson: Digestive enzymes reduce quality differences between plant and animal proteins: a double-blind crossover study. In: Journal of the International Society of Sports Nutrition. Band 12, S1, Dezember 2015, ISSN 1550-2783, S. P26, 1550–2783–12-S1-P26, doi:10.1186/1550-2783-12-S1-P26 (biomedcentral.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
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  14. ↑ M. Kimmel, D. Keller, S. Farmer, D.E. Warrino: A controlled clinical trial to evaluate the effect of GanedenBC30 on immunological markers. In: Methods and Findings in Experimental and Clinical Pharmacology. Band 32, Nr. 2, 2010, ISSN 0379-0355, S. 129, doi:10.1358/mf.2010.32.2.1423881 (prous.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  15. ↑ Larysa Hun: Original Research: Bacillus coagulans Significantly Improved Abdominal Pain and Bloating in Patients with IBS. In: Postgraduate Medicine. Band 121, Nr. 2, März 2009, ISSN 0032-5481, S. 119–124, doi:10.3810/pgm.2009.03.1984 (tandfonline.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  16. ↑ R. Urgesi, C. Casale, R. Pistelli, G. L. Rapaccini, I. de Vitis: A randomized double-blind placebo-controlled clinical trial on efficacy and safety of association of simethicone and Bacillus coagulans (Colinox®) in patients with irritable bowel syndrome. In: European Review for Medical and Pharmacological Sciences. Band 18, Nr. 9, 2014, ISSN 2284-0729, S. 1344–1353, PMID 24867512 (nih.gov [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  17. ↑ Muhammed Majeed, Kalyanam Nagabhushanam, Sivakumar Arumugam, Shaheen Majeed, Furqan Ali: Bacillus coagulans MTCC 5856 for the management of major depression with irritable bowel syndrome: a randomised, double-blind, placebo controlled, multi-centre, pilot clinical study. In: Food & Nutrition Research. Band 62, Nr. 0, 4. Juli 2018, ISSN 1654-661X, doi:10.29219/fnr.v62.1218, PMID 29997457 (foodandnutritionresearch.net [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  18. ↑ Douglas S Kalman, Howard I Schwartz, Patricia Alvarez, Samantha Feldman, John C Pezzullo: A prospective, randomized, double-blind, placebo-controlled parallel-group dual site trial to evaluate the effects of a Bacillus coagulans-based product on functional intestinal gas symptoms. In: BMC Gastroenterology. Band 9, Nr. 1, Dezember 2009, ISSN 1471-230X, S. 85, doi:10.1186/1471-230X-9-85, PMID 19922649 (biomedcentral.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  19. ↑ Edna P Nyangale, Sean Farmer, Howard A Cash, David Keller, David Chernoff: Bacillus coagulans GBI-30, 6086 Modulates Faecalibacterium prausnitzii in Older Men and Women. In: The Journal of Nutrition. Band 145, Nr. 7, 1. Juli 2015, ISSN 0022-3166, S. 1446–1452, doi:10.3945/jn.114.199802 (oup.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
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  21. ↑ Chiranjit Maity, Anil Kumar Gupta: A prospective, interventional, randomized, double-blind, placebo-controlled clinical study to evaluate the efficacy and safety of Bacillus coagulans LBSC in the treatment of acute diarrhea with abdominal discomfort. In: European Journal of Clinical Pharmacology. Band 75, Nr. 1, Januar 2019, ISSN 0031-6970, S. 21–31, doi:10.1007/s00228-018-2562-x (springer.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  22. ↑ Sydne J. Newberry: Probiotics for the Prevention and Treatment of Antibiotic-Associated Diarrhea: A Systematic Review and Meta-analysis. In: JAMA. Band 307, Nr. 18, 9. Mai 2012, ISSN 0098-7484, S. 1959, doi:10.1001/jama.2012.3507 (jamanetwork.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  23. ↑ Sara Blaabjerg, Daniel Artzi, Rune Aabenhus: Probiotics for the Prevention of Antibiotic-Associated Diarrhea in Outpatients—A Systematic Review and Meta-Analysis. In: Antibiotics. Band 6, Nr. 4, 12. Oktober 2017, ISSN 2079-6382, S. 21, doi:10.3390/antibiotics6040021, PMID 29023420 (mdpi.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
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  26. ↑ Lopamudra Haldar, D. N. Gandhi: Effect of oral administration of Bacillus coagulans B37 and Bacillus pumilus B9 strains on fecal coliforms, Lactobacillus and Bacillus spp. in rat animal model. In: Veterinary World. Band 9, Nr. 7, Juli 2016, S. 766–772, doi:10.14202/vetworld.2016.766-772, PMID 27536040 (veterinaryworld.org [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  27. ↑ Harue Honda, Glenn R. Gibson, Sean Farmer, David Keller, Anne L. McCartney: Use of a continuous culture fermentation system to investigate the effect of GanedenBC30 (Bacillus coagulans GBI-30, 6086) supplementation on pathogen survival in the human gut microbiota. In: Anaerobe. Band 17, Nr. 1, Februar 2011, S. 36–42, doi:10.1016/j.anaerobe.2010.12.006 (elsevier.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  28. ↑ Emad Abd El‐moniem Abada: Isolation and characterization of a antimicrobial compound from bacillus coagulans. In: Animal Cells and Systems. Band 12, Nr. 1, Januar 2008, ISSN 1976-8354, S. 41–46, doi:10.1080/19768354.2008.9647152 (tandfonline.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  29. ↑ B. Hyronimus, C. Le Marrec, A. H. Sassi, A. Deschamps: Acid and bile tolerance of spore-forming lactic acid bacteria. In: International Journal of Food Microbiology. Band 61, Nr. 2-3, 1. November 2000, ISSN 0168-1605, S. 193–197, doi:10.1016/s0168-1605(00)00366-4, PMID 11078170 (nih.gov [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  30. ↑ Kaja Abdhul, Mohan Ganesh, Santhanam Shanmughapriya, Shanmugam Vanithamani, Murugesan Kanagavel: Bacteriocinogenic potential of a probiotic strain Bacillus coagulans [BDU3] from Ngari. In: International Journal of Biological Macromolecules. Band 79, August 2015, S. 800–806, doi:10.1016/j.ijbiomac.2015.06.005 (elsevier.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
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  33. ↑ M. Ratna Sudha, Kanan A. Yelikar, Sonali Deshpande: Clinical Study of Bacillus coagulans Unique IS-2 (ATCC PTA-11748) in the Treatment of Patients with Bacterial Vaginosis. In: Indian Journal of Microbiology. Band 52, Nr. 3, September 2012, ISSN 0046-8991, S. 396–399, doi:10.1007/s12088-011-0233-z, PMID 23997330 (springer.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  34. ↑ S. Riazi, S.E. Dover, M.L. Chikindas: Mode of action and safety of lactosporin, a novel antimicrobial protein produced by Bacillus coagulans ATCC 7050. In: Journal of Applied Microbiology. Band 113, Nr. 3, September 2012, S. 714–722, doi:10.1111/j.1365-2672.2012.05376.x, PMID 22737982 (wiley.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  35. ↑ Tatiana V. Bomko, Tatiana N. Nosalskaya, Tatiana V. Kabluchko, Yury V. Lisnyak, Artur V. Martynov: Immunotropic aspect of the Bacillus coagulans probiotic action. In: Journal of Pharmacy and Pharmacology. Band 69, Nr. 8, August 2017, S. 1033–1040, doi:10.1111/jphp.12726 (wiley.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  36. ↑ Introduction of a Qualified Presumption of Safety (QPS) approach for assessment of selected microorganisms referred to EFSA - Opinion of the Scientific Committee. In: EFSA Journal. EFSA Journal, ISSN 1831-4732, doi:10.2903/j.efsa.2007.587 (europa.eu [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  37. ↑ a b J.R. Endres, A. Clewell, K.A. Jade, T. Farber, J. Hauswirth: Safety assessment of a proprietary preparation of a novel Probiotic, Bacillus coagulans, as a food ingredient. In: Food and Chemical Toxicology. Band 47, Nr. 6, Juni 2009, S. 1231–1238, doi:10.1016/j.fct.2009.02.018, PMID 19248815 (elsevier.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  38. ↑ Elisa Salvetti, Luigi Orrù, Vittorio Capozzi, Alessia Martina, Antonella Lamontanara: Integrate genome-based assessment of safety for probiotic strains: Bacillus coagulans GBI-30, 6086 as a case study. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 100, Nr. 10, Mai 2016, ISSN 0175-7598, S. 4595–4605, doi:10.1007/s00253-016-7416-9 (springer.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  39. ↑ Patent USPTO No. 4,110,477. Abgerufen am 6. Oktober 2020.
  40. ↑ L. Drago, E. De Vecchi: Should Lactobacillus sporogenes and Bacillus coagulans Have a future? In: Journal of Chemotherapy. Band 21, Nr. 4, August 2009, ISSN 1120-009X, S. 371–377, doi:10.1179/joc.2009.21.4.371 (tandfonline.com [abgerufen am 6. Oktober 2020]).
  41. ↑ Sporebiotics, the solution for stomach and intestinal complaints. Abgerufen am 6. Oktober 2020.
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