edit APPEARANCE
de cellen van Klebsiella pneumoniae verschijnen in het lichtmicroscopisch beeld als korte staafjes met een lengte van 1-2 µm en een breedte van 0,5-0,8 µm. Ze zijn afzonderlijk of in paren aanwezig en zijn omgeven door een slijmcapsule (glycocalyx). In gramkleuring zijn ze roze tot rood gekleurd, ze zijn gramnegatief. Zoals typisch is voor het geslacht Klebsiella, zijn ze niet actief mobiel (motiel), dus hebben ze geen flagella (flagella). Het celoppervlak wordt echter ingenomen door fimbriae. Bacteriële kolonies geteeld op een voedingsmiddel hebben geen speciale kleur, ze zijn convex verhoogd, rond in het bovenaanzicht en vrij groot met een diameter van 3-4 mm, hun slijmerige uiterlijk is typisch. Dit wordt veroorzaakt door de accumulatie van extracellulaire polysachariden, die samen met het aanwezige water een biofilm vormen.
groei en metabolisme
zoals gebruikelijk voor de vertegenwoordigers van de Enterobacteriaceae is de catalasetest positief en de oxidasetest negatief. Klebsiella pneumoniae is facultatief anaërobe, dat wil zeggen dat het kan groeien met of zonder zuurstof. Het kan de disaccharide lactose gebruiken. Meer informatie is te vinden in de sectie biochemisch bewijs.
bovendien is het een van de stikstofbindende micro-organismen, het kan elementaire, moleculaire stikstof (N2) reduceren tot ammoniak (NH3) of ammonium (NH4+) en zo biologisch beschikbaar maken. Dit wordt gedaan met behulp van het enzymcomplex nitrogenase in een anoxisch milieu, aangezien het enzymcomplex door zuurstof wordt geïnactiveerd. Klebsiella pneumoniae is diazotroop, dus het kan groeien met N2 als stikstofbron om celspecifieke stoffen zoals aminozuren op te bouwen.
eenvoudige voedingsmiddelenmedia zijn geschikt voor de teelt, bijvoorbeeld caseïne-soja-peptonagar (CASO-agar), de bacteriën kunnen ook worden gekweekt op Columbia-bloedagar. Vaak worden selectieve voedingsstoffen gebruikt die geschikt zijn voor het isoleren en onderscheiden van vertegenwoordigers van enterobacteriën, bijvoorbeeld MacConkey-agar en eosine-methyleen-blauwe agar (EMB), die beide lactose bevatten. Voor verdere selectie wordt een voedingsmiddel aanbevolen, dat als bron van koolstof (organische verbinding voor energieproductie) alleen citraat en inositol bevat, het is gebaseerd op de Simmons citraat agar met de toevoeging van 1% inositol. Klebsiella pneumoniae is mesofiel, optimale groei vindt plaats bij een temperatuur van 30-37 °C, kolonies zijn na incubatie gedurende één tot twee dagen zichtbaar. De groei vindt ook plaats bij 41 ° C, maar niet bij 5 ° C. Bacteriestammen geïsoleerd uit medisch onderzoeksmateriaal groeien meestal optimaal bij 37 ° C. verschillende detectiereacties voor identificatie verlopen echter beter bij een incubatietemperatuur van 30 ° C.
Chemotaxonomie
componenten van de bacteriecel werken als antigenen; in Klebsiella zijn dit 77 verschillende K-antigenen (K verwijst naar de capsule), evenals 9 somatische o-antigenen. Van diagnostisch belang zijn de k-antigenen, door serologisch onderzoek kunnen de verschillende serotypen worden onderscheiden, die onder andere. wordt gebruikt bij de opheldering van epidemiologische relaties. Nochtans, is er ook een ELISA methode voor de opsporing van de O-antigenen. De bepaling kan ook met behulp van genetische studies worden uitgevoerd.
genetica
het GC-gehalte, d.w.z. het aandeel van de nucleobasen guanine en cytosine in het bacteriële DNA, bedraagt 57,0 mol percent voor de bacteriestam DSM 30104 (uit de stamverzameling DSM German Collection of micro organisms and Cell Cultures). DSM 30104 is de typestam van de ondersoort Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae en dus ook de soort, hij werd geïsoleerd uit menselijk bloed. Het genoom werd volledig gerangschikt in 2012.
het is aanwezig als een ringvormig bacterieel chromosoom en heeft een grootte van 5.512 kilobaseparen (kb), wat ongeveer vergelijkbaar is met de genoomgrootte van Escherichia coli. Er zijn 5, 425 aanwezige codagegenen, bovendien zijn 77 tRNAs geà dentificeerd. De genen werden vergeleken met de Antibioticaresistentiegenen Database (ARDB, antibioticaresistentiegen Database), was het mogelijk om 15 genen te identificeren die resistentie bemiddelen, u. voor een klasse A bèta-lactamase en een effluxpomp. Tien andere genen coderen voor genproducten die de β-lactamase-mogelijkheden van de bacterie uitbreiden, waaronder het gen ampC, dat het enzym AmpC-beta-lactamase (in dit geval cefalosporinase) codeert, en het gen gloB, dat het enzym metallo-β-lactamase (in dit geval carbapenemase) codeert. Sindsdien zijn er meer dan 4 geweest.200 genomen (gebaseerd op het cirkelvormige bacteriële chromosoom) van deze species werden gerangschikt, en 913 annotaties van plasmiden werden ook uitgevoerd (vanaf 2018).
plasmiden dragen vaak de genetische informatie over antibioticaresistentie (zie hieronder) van de bacterie, de genproducten zijn enzymen die een bepaalde chemische structuur van een antibioticum veranderen en daardoor de werking van het geneesmiddel voorkomen. In Klebsiella pneumoniae zijn dit plasmide-gecodeerde beta-lactamases, zoals SHV-1, TEM-1, TEM-2 of andere ESBL (Extended Spectrum β-lactamases).Sinds het begin van de 21e eeuw is resistentie tegen carbapenems ook waargenomen, veroorzaakt door carbapenemasen (carbapenem hydrolyzing beta-lactamase), die worden aangeduid als KPC (Klebsiella pneumoniae carbapenemases) na de producerende bacterie worden verschillende varianten KPC-1, KPC-2 of KPC-3 genoemd. De bijzonderheid van plasmiden is dat ze worden uitgewisseld tussen verschillende soorten bacteriën door horizontale genoverdracht, en dus antibioticaresistentie wordt “overgedragen”. Een klinisch gevalsrapport van de overdracht van een plasmide met het resistentiegen blaKPC-3 van K. pneumoniae naar K. aerogenes wordt daar beschreven in het artikel.
de studie van de nucleotidesequentie van individuele genen toonde aan dat de soort Klebsiella pneumoniae een grote diversiteit heeft. Verdere genetische onderzoeken, bijvoorbeeld een wijziging van de PCR-methode met willekeurig gedupliceerd polymorfe DNA (RAPD), bevestigen het voorkomen van drie verschillende fylogenetische groepen, die als KpI, KpII en KpIII worden bedoeld. Ze zijn niet identiek aan de drie ondersoorten. Verdere genetische onderzoeken in de afgelopen jaren, zoals het rangschikken van het 16S ribosomaal RNA (rRNA) en multi-locus sequentieanalyse (MLSA) van bepaalde genen hebben geleid tot de classificatie van de vertegenwoordigers van de groep KpII als Klebsiella quasipneumoniae en de stammen van de fylogenetische groep KpIII als Klebsiella variicola.
pathogeniteit bewerken
de drie ondersoorten van K. pneumoniae worden door de Biosoffverordnung in samenhang met de TRBA (Technical Rules for Biological Agents) 466 ingedeeld in risicogroep 2. In K. pneumoniae subsp. pneumoniae en K. pneumoniae subsp. rhinoscleromatis bevat ook de opmerking ht, het geeft aan dat de bacterie pathogeen is voor mensen en gewervelde dieren, maar in de regel is er geen overdracht tussen beide gastheergroepen.
K. pneumoniae heeft verschillende virulentiefactoren. De capsule (glycocalyx) beschermt tegen fagocytose door de fagocyten, cellen van het immuunsysteem. Het mengt zich in het complementsysteem betrokken bij de verdediging tegen micro-organismen door zijn activering of de absorptie van reeds vrijgegeven polypeptiden, zoals C3b te verhinderen. Sommige adhesins van K. pneumoniae werken gelijktijdig als hemagglutinins en worden toegewezen aan de fimbriae (pili). De type 1 fimbriae leiden tot een zichtbare agglutinatie in erytrocyten van cavia ‘ s, ze hechten zich aan menselijke epitheliale cellen van de darm of epitheliale cellen van de urinewegen. K. pneumoniae-isolaten uit medische monsters vormen meer type 1 fimbriae dan isolaten uit milieumonsters. Type 3 fimbriae komen ook voor, zij bemiddelen de gehechtheid van de bacteriën aan het wortelsysteem van de plant, evenals in mensen aan endothelial cellen, epithelial cellen van de longblaasjes en de urinewegen en aan het collageen type V. de rol van type 3 fimbriae in de besmetting van mensen is nog het onderwerp van onderzoek. Er wordt aangenomen dat ze verantwoordelijk zijn voor de kolonisatie van invasieve medische hulpmiddelen die lange tijd in het lichaam blijven.
de lipopolysachariden (LPS) van het buitenmembraan fungeren als antigenen, de naar buiten gerichte polysacharideketens worden O-antigenen genoemd (vergelijk het Kauffmann-witte schema dat gebruikt wordt voor salmonella). K. pneumoniae bezit negen verschillende o-antigenen, waarbij O1 het meest voorkomt. De O-antigenen interfereren ook met de reactiecascade van het complementsysteem. Bovendien is O1 betrokken bij de necrose van geïnfecteerd weefsel. De bacteriële siderophores zijn ook belangrijk voor pathogeniteit. Ze dienen om de cellen te voorzien van ijzerionen die essentieel zijn voor het metabolisme door Fe3+ – ionen te binden. K. pneumoniae vormt enterobactin (enterochelin), terwijl slechts sommige spanningen aerobactin bovendien produceren. In serotypes K1 en K2, is een plasmide gevonden waarop de genetische informatie voor hydroxamate aerobactin wordt gecodeerd. Als deze genen worden overgebracht naar een stam zonder plasmide met behulp van transformatie, hebben de getransformeerde cellen een verhoogde virulentie met een factor 100. Ook wordt yersiniabactine, een siderofoor typisch voor Yersinia soorten, gevormd door sommige stammen.
biochemische detecties
K. pneumoniae is nauw verwant aan K. aerogenes (voorheen geplaatst in het geslacht Enterobacter) en Enterobacter cloacae. De bacteriën vertonen een uitgesproken veelzijdigheid in termen van het gebruik van verschillende koolhydraten en hebben, op enkele uitzonderingen na, dezelfde biochemische eigenschappen, zoals de aanwezige enzymen en de resulterende metabolische eigenschappen.
vertegenwoordigers van het geslacht Klebsiella fermenteren 2,3-butaandiol voor energieproductie als een typische fermentatie wordt acetoïne, een tussenproduct van 2,3-butaandiol fermentatie, gedetecteerd in de Voges-Proskauer test. Vertegenwoordigers van de verwante geslachten Enterobacter en Klebsiella reageren hier positief. In principe geldt dit ook voor K. pneumoniae, maar de ondersoorten of individuele bacteriestammen vertonen verschillende reacties, dat wil zeggen ook een negatief resultaat in de VP-test. De typestam DSM 30104 is, in tegenstelling tot de beschrijving van de soort, VP-negatief (d.w.z. produceert geen acetoïne uit pyruvaat), maar vertoont een positief resultaat in de methylrode test, die typisch is voor vertegenwoordigers van gemengde zure gisting. Deze verschillen in het fysiologische fenotype weerspiegelen de genetische diversiteit van de soorten bacteriën. Andere biochemische kenmerken zijn ook niet duidelijk gedefinieerd binnen de soort. De indooltest is dus in principe geschikt als onderscheidend kenmerk tussen K. pneumoniae (indool-negatief) en Klebsiella oxytoca (indool-positief), maar er zijn ook enkele indool-positieve stammen van K. pneumoniae.
verdere detectiewerkzaamheden
in plaats van de bacterie te detecteren, is men vaak beperkt tot de bepaling van het serotype of de detectie van individuele virulentiefactoren of resistentiegenen. De K-en O-antigenen kunnen zowel “conventioneel” serologisch worden bepaald (als serotypering in de Engelstalige literatuur bedoeld) als, sinds de verspreiding van moleculaire biologische methoden, ook door deze, bijvoorbeeld met behulp van multi-locus sequentieanalyse (MLSA). In vergelijking met de talrijke sequenced genomen van de soort, was het mogelijk om aan te tonen dat het serotype O1 bijna altijd voorkomt in stammen met de capsule antigenen K1 of K2. De serotypen K1 en K2 worden als hypervirulent beschouwd. De capsule-antigenen kunnen ook worden bepaald door multiplex PCR (meer dan één genoomsectie wordt gedetecteerd) en gepulseerde elektroforese van het veldgel (PFGE).
identificatie met behulp van de MALDI-TOF-methode in combinatie met massaspectrometrie (MS) is in principe geschikt voor het detecteren van Klebsiella, maar is niet altijd betrouwbaar voor het onderscheiden van nauw verwante geslachten, bijvoorbeeld Raoultella. De spectra van vele gramnegatieve soorten die tot enterobacteriën behoren vertonen een grote overeenkomst (vanaf 2013), wat identificatie moeilijk maakt. Een andere systematische studie van bacteriën gekweekt in een vloeibare, bloedhoudende voedingsoplossing toonde aan dat met name bacteriën met een capsule niet correct worden geïdentificeerd. Anderzijds, wanneer het ontdekken van antibiotische weerstand, MALDI-TOF kan worden gebruikt om de afwezigheid of verminderde aanwezigheid van proteã nen in het buitenmembraan (het Engels: buitenmembraan proteã nen, OMP) te ontdekken. Door K. pneumoniae, OmpK36 is hier belangrijk, een belangrijk membraanporine waardoor β-lactamantibiotica de cel binnendringen. Bij resistente stammen is het afwezig of wordt het in kleine aantallen gevormd.
