FIRMICUTES: EIGENSCHAFTEN, MORPHOLOGIE UND KLASSIFIKATION - BIOLOGIE - 2025

Firmicutes ist eine der Phyla, in die Bakterien eingeteilt werden. Dieses Phylum umfasst drei Klassen (Bacilli, Clostridia und Erysipelotrichia), 26 Familien und 223 Gattungen und bildet somit das Hauptbakterienphylum.

Die in diesem Stamm klassifizierten Bakterien haben eine gemeinsame Evolutionsgeschichte. Sie alle haben eine starre Zellwand, von der der Name Firmicutes abgeleitet ist (im Lateinischen bedeutet firmus fest und Teint bezieht sich auf die Haut oder Zellwand).

Lactobacillus acidophilus. Von Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. (Autorenarchiv), über Wikimedia Commons

Alle Stammbakterien enthalten Muraminsäure in der Zellwand und einige enthalten Teitoesäure. Die meisten sind grampositiv, mit Ausnahme der Familien Veillonellaceae und Syntrophomonadaceae, die gramnegativ sind.

Firmicutes-Bakterien sind phänotypisch vielfältig und können kugelförmige, gerade, gekrümmte Zellen, helikale Stangen oder Filamente mit oder ohne Flagellen, mit oder ohne hitzebeständige Endosporen sein.

Sie können aerob, fakultativ oder streng anaerob sein. Einige sind thermophil und / oder halophil. Einige von ihnen sind Chemoganotrophe und andere sind anoxische Photoheterotrophe. Die meisten wachsen bei neutralem pH-Wert, einige sind jedoch acidophil oder alkaliphil. Sie haben einen DNA-Gehalt, der im Allgemeinen weniger als 50% beträgt.

Die im Stamm Firmicutes klassifizierten Bakterien bilden zusammen mit den im Stamm Bacteriodetes klassifizierten Bakterien einen wichtigen Teil der menschlichen Darmflora. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Darmmikrobiota fettleibiger Menschen und Tiermodelle im Vergleich zu Bacteriodetes mit einer größeren Häufigkeit von Firmicutes assoziiert ist.

Allgemeine Charakteristiken

Phylogenie

Die Phylogenie der Firmicutes wurde ständig überarbeitet und neu untersucht, wobei immer mehr Daten und neue Methoden berücksichtigt wurden, mit denen neue Evolutionshypothesen vorgeschlagen werden können.

Jüngste Studien, die auf der Analyse kleiner Untereinheiten von ribosomalen RNA-Nukleotidsequenzen basieren, haben ein phylogenetisches Gerüst erzeugt, in dem das Firmicutes-Phylum aus drei Klassen (Basilli, Clostridia und Erysipelotrichia), 26 Familien und 223 Gattungen besteht.

In früheren Klassifikationen enthielt dieses Phylum eine zusätzliche Klasse namens Mollicutes, die sich von den übrigen Firmicutes-Bakterien dadurch unterscheidet, dass es keine starren Zellwände, keine Peptidoglycane oder Muraminsäure, keine flexiblen und stark pleomorphen Zellen aufweist.

Diese Gruppe wurde in neueren Studien mit alternativen Markern aus Firmicutes entfernt. Infolgedessen wurde die Mollicutes-Klasse bis zum Tenericute-Rand angehoben.

Die Familie der Erysipelotrichaceae, die zuvor als Mollicutes klassifiziert wurde und eine grampositive Zellwand bildet, verbleibt in Firmicutes als neue Klasse namens Erysipelotrichia mit einer einzigen Ordnung (Erysipelotrichales), die eine einzige Familie (Erysipelotrichaceae) umfasst. Aktuelle Analysen bestätigen die Trennung zwischen den Klassen Basilli und Clostridia.

Einstufung

Clostridia-Klasse

Die Clostridia-Klasse ist eine phänotypisch, physiologisch und ökologisch vielfältige polyphyletische Klade. Es enthält sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien und die meisten Gattungen bilden Sporen, mit Ausnahme von Clostridium.

Die Clostridia-Klasse besteht aus den Ordnungen Clostridiales, Halanaerobiales und Thermoanaerobacterales. Bakterien der Ordnung Clostridiales sind strenge Anaerobier, solche der Ordnung Halanaerobiales sind halophil und solche der Ordnung Thermoanaerobakterien sind thermophil.

Einige Arten von Clostridien sind für die Industrie von großer Bedeutung, da sie zur Herstellung von Lösungsmitteln als Endprodukt des Fermentationsprozesses verwendet werden.

Andere produzieren Toxine wie Clostridium botulinum, auch bekannt als BoTox, um die Muskeln des Gesichts zu lähmen und Hautfalten zu reduzieren.

Erysipelotrichia Klasse

Diese Klasse besteht aus Bakterien mit der Form dünner, gerader oder leicht gebogener Stäbchen, die dazu neigen, lange Filamente zu bilden. Sie sind unbeweglich mit einer grampositiven Zellwand, die keine Endosporen produzieren.

Sie sind aerob, fakultativ anaerob. Sie sind chemoorganotrophe. Sie haben einen fermentativen Stoffwechsel der Atemwege. Diese Gruppe umfasst einige Arten, die für Säugetiere und Vögel pathogen sind, einschließlich Erysipelothrix rhusiopathiae und Bulleidia extructa.

Basilli-Klasse

Bakterien der Basilli-Klasse bilden im Allgemeinen eine grampositive Zellwand. Sie können Endosporen bilden oder nicht. Die meisten sind aerob oder mikroaerophil, während nur einige fakultative Anaerobier sind. Die Bacilli-Klasse setzt sich aus den Ordnungen Bacillales und Lactobacillales zusammen.

Die meisten Gattungen der Ordnung Bacillales bilden Endosporen, obwohl es Ausnahmen gibt. Darüber hinaus haben sie eine grampositive Färbung der Zellwand in jungen Zellen. Die meisten Gattungen haben Menachinon 7 (MK-7).

Über langkettige Menachinone von MK-6 bis MK-11 wurde in der Familie der Thermoactinomycetaceae berichtet. Menachinone sind auch als Vitamin K _{2 bekannt} .

Die Anzahl der Seitenketten ist im jeweiligen Namen jedes Menachinons angegeben (z. B. hat MK-6 sechs molekulare Einheiten, die an den Kern des durch einen Chinonring gebildeten Moleküls gebunden sind).

Die Gattung Bacillales umfasst hoch pathogene Bakterien wie Bacillus anthracis, die Anthrax verursachen. Eine weitere wichtige Art ist Bacillus subtilis, einer der Organismen, die als Modell für die Forschung verwendet werden, um Themen zu verstehen, die von der Zelldifferenzierung über die Eisenspeicherung bis zur DNA-Replikation reichen.

Bakterien der Ordnung Lactobacillales können stäbchen- oder coccalförmig sein, eine grampositive Zellwandfärbung aufweisen, keine Endosporen bilden und fakultative Anaerobier sind und meist Katalase-negativ sind.

Diese Bestellung umfasst nützliche Bakterien wie Lactobacillus, wichtige Bestandteile der Magen-Darm-Flora bei Menschen und anderen Tieren, die handwerklich und industriell zur Herstellung von Joghurt und anderen fermentierten Lebensmitteln verwendet werden.

Gastrointestinale Mikrobiota

Die gastrointestinale Mikrobiota spielt eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der menschlichen Gesundheit, indem sie Energie, Nährstoffe und Immunschutz bereitstellt. Bei gesunden Erwachsenen wurden mehr als 1250 Bakterienarten identifiziert, die hauptsächlich zu den Phyla Bacteroidetes, Firmicutes und Actinobacteria gehören.

Im Allgemeinen wird die Beziehung zwischen Firmicutes und Bacteroidetes als von großer Bedeutung für die Zusammensetzung der menschlichen Darmmikrobiota angesehen. Bei übergewichtigen Menschen wurde ein hoher Anteil an Firmicutes festgestellt, während bei übergewichtigen Personen eine umgekehrte Beziehung berichtet wurde.

Die Zusammensetzung dieser Mikrobiota entwickelt sich im Laufe des Lebens von der frühen Kindheit bis ins hohe Alter. Somit steigt das Firmicutes / Bacteroidetes-Verhältnis von der Geburt bis zum Erwachsenenalter an und wird mit zunehmendem Alter weiter verändert.

Es wurde auch festgestellt, dass die Ernährung einen signifikanten Einfluss auf die gastrointestinale Mikrobiota hat. Das Verhältnis von Firmicutes zu Bacteroidetes ist bei Menschen mit Diäten, die auf tierischem Eiweiß und gesättigten Fettsäuren basieren, höher als bei Menschen mit Diäten, die reich an Gemüse und Ballaststoffen sind.

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