Reduktion von Nitrat und Nitrit durch Neisseria


Ulrich, Berger

Medical Microbiology and Immunology 148(1): 45-50

1961


Zeitschrift
f.
Hygiene
148,
45-50
(1961)
Aus
dem
Bakteriologischen
Laboratorium
der
Universitätsklinik
für
Zahn-,
Mund-
und
Kieferkrankheiten
zu
Hamburg
(Direktor:
Prof.
Dr.
Dr.
K.
SCHUCIIARDT)
Reduktion
von
Nitrat
und
Nitrit
durch
Neisseria
Von
ULRICH
BERGER*
(Eingegangen
am
24.
Juli
1961)
Zwar
kommt
nach
den
einschlägigen
Werken
(Topley
and
Wilson's
Principles,
1955;
Bergey's
Manual,
1957)
Reduktion
von
Nitrat
zu
Nitrit
in
der
ganzen
Familie
Neisseriaceae
nur
bei
einer
einzigen
Art,
Veillonella
parvitla,
vor,
doch
konnte
inzwischen
gezeigt
werden,
daß
diese
Leistung
zumindest
auch
bei
der
viel
häufigeren
Veillonella
alcalescens
regelmäßig
nachzuweisen
ist
(LANGFORD
u.
Mitarb.,
1950;
Sims
1960;
BERGER
1960).
Nachdem
nun
kürzlich
eine
neue
Art
der
Gattung
Neisseria
beschrieben
wurde
(N.
ovis
LINDQUIST
1960),
die
ebenfalls
Nitrat
reduziert,
und
nachdem
wir
selbst
schwache
und
unregelmäßige
Nitratreduktion
bei
einigen
Stämmen
von
N.
caviae
gefunden
hatten,
erschien
uns
eine
Überprüfung
des
Verhaltens
aller
Neisseria-Arten
gegenüber
Nitrat
und
Nitrit
angezeigt.
Methoden
Stämme.
Es
wurden
insgesamt
52
Stämme
aller
bisher
bekannten
Arten
unter-
sucht:
N.
gonorrhoeae
(2),
N.
meningitidis
(4),
N.
sicca
(4),
N.
per/lava
(7),
N.
sub-
flava
(6),
N.
subflava
var.
flava
(5),
N.
animalis
(3),
N.
flavescens
(6),
N.
catarrha-
lis
(4),
N.
caviae
(8)
und
N.
ovis
(3).
Nitratreduktion.
Die
Kulturen
wurden
nach
5
—7
tägiger
Bebrütung
in
0,1
0
/
o
iger
Kaliumnitratbouillon
(Bacto
Heart
Infusion
Broth
„Difco";
bei
Gono-
und
Meningokokken
mit
10
0
/
0
Pferdeserum)
auf
die
Anwesenheit
von
Nitrit
mit
den
Reagentien
von
GRIESS-ILOSVAY,
auf
die
Abwesenheit
von
Nitrat
nach
Reduktion
mit
Zinkpulver
mit
den
gleichen
Reagentien
geprüft.
Nitritreduktion.
Die
Kulturen
wurden
nach
fünftägiger
Bebrütung
in
0,1%
iger
Kaliumnitritbouillon
(Basis
und
Serumzusatz
wie
oben)
auf
die
Anwesenheit
von
Nitrit
wie
oben
getestet.
Die
wenigen
Stämme,
für
die
sich
diese
Konzentration
als
toxisch
erwies,
wurden
in
0,03
oder
0,01
0
A
iger
Nitritbouillon
nachuntersucht.
Adaptive
Nitratasebildung
wurde
bei
allen
Nitrat
nicht
oder
nicht
regelmäßig
reduzierenden
Stämmen
(außer
N.
gonorrhoeae
und
N.
meningitidis)
durch
drei
Passagen
über
0,5%igen
Nitratagar
und
anschließende
Überimpfung
in
0,1°/
0
ige
Nitratbouillon
geprüft;
nach
fünftägiger
Bebrütung
wiederum
Reaktionen
auf
Nitrit
und
Nitrat.
Gasbildung.
In
Gärröhrchen
nach
EINBORN,
die
15
ml
Nitrat-,
Nitrit-
oder
Nährbouillon
enthielten,
wurden
die
Stämme
4
Tage
lang
bebrütet
und
danach
die
*
Herrn
Prof.
Dr.
Dr.
K.
SCHUCRARDT
zum
60.
Geburtstag
gewidmet.
46
Umucn
BERGER:
Menge
des
gebildeten
Gases
registriert.
Zugleich
wurde
auf
Wachstum
im
auf-
steigenden
Schenkel
des
Röhrchens,
also
unter
mikroaerophilen
Verhältnissen,
ge-
achtet
und
in
der
Nitritbouillon
die
Reaktion
nach
GRIESS-ILOSVAY,
in
der
Nitrat-
bouillcrn
die
gleiche
Reaktion
vor
und
nach
Reduktion
mit
Zinkpulver wiederholt.
Zur
Analyse
des
Gases
wurde
ein
kräftig
gasbildender
Stamm
(N.
animalis
10)
in
280
ml
Nitritbouillon,
die
einen
Rundkolben
mit
aufgesetztem
gebogenem
Vacuumvorstoß
vollständig
ausfüllte,
geimpft.
Nach
zweitägiger
Bebrütung
waren
etwa
60
ml
Gas
entstanden,
das
mit
dem
Atlas-Massenspektrometer,
Typ
CH
3,
auf
seine
Zusammensetzung
untersucht
wurde'.
Ammoniakbildung
wurde
bei
den
nitratreduzierenden
Stämmen
in
Nitrat-
b
ouillon,
bei
den
nitritreduzierenden
Stämmen
in
Nitritbouillon,
bei
allen
Stämmen
außerdem
in
Nährbouillon
nach
fünftägiger
Bebrütung
mit
dem
Reagens
von
HANSEN
geprüft.
Ergebnisse
Die
einzige
Art,
die
Nitrat
regelmäßig
zu
Nitrit
reduzierte,
war
N.
ovis;
das
gleiche
Verhalten
zeigte
nur
noch
ein
Stamm
von
N.
caviae
(R).
Schwache
und
variable
Nitratreduktion,
wobei
sich
Nitrit
jedoch
oft
nicht
nachweisen
ließ,
fanden
wir
bei
allen
übrigen
Stämmen
von
N.
caviae,
bei
N.
flavescens
und
N.
animalis
sowie
bei
einigen
Stämmen
von
N.
catarrhalis,
N.
sub
flava
var.
flava
und
N.
per
flava.
Regelmäßig
wurde
Nitrat
auch
von
N.
subflava
B,
N.
catarrhalis
B
und
N.
caviae
GP
reduziert,
doch
zumeist
ohne
Anhäufung
nachweisbarer
Nitritmengen.
Adaptive
Bildung
oder
Verstärkung
einer
schwach
aktiven
Nitratase
konnte
in
keinem
Falle
hervorgerufen
werden.
Nitrit
wurde,
mit
Ausnahme
von
N.
gonorrhoeae
und
den
kräftig
nitratreduzierenden
Stämmen
(N.
ovis,
N.
caviae
R),
regelmäßig
redu-
ziert,
und
zwar
teils
mit,
teils
ohne
Gasproduktion.
Gas
bildeten
N.
eicca,
N.
perflava,
N.
subflava
(außer
Stamm
B),
N.
subtlava
var.
flava,
N.
ani-
malis,
N.
flavescens
sowie
ein
Teil
der
Stämme
von
N.
meningitidis
und
N.
catarrhalis.
Die
Menge
des
unter
den
angegebenen
Bedingungen
ent-
standenen
Gases
betrug,
im
Durchschnitt
der
positiven
Stämme,
bei
N.
meningitidis
0,15
ml,
bei
N.
sicca
1,25
ml,
bei
allen
übrigen
saccharoly-
tischen
Arten
0,95
ml,
bei
N.
flavescens
0,65
ml
und
bei
N.
catarrhalis
0,6
ml.
Nur
die
kräftig
gasbildenden
Stämme
(>
1,0
ml)
zeigten
mit
bloßem
Auge
erkennbares
Wachstum
auch
im
aufsteigenden
Schenkel
des
Gärröhrchens.
Ohne
Gasbildung
wurde
Nitrit
von
N.
caviae
(außer
Stamm
R),
zwei
Stämmen
von
N.
meningitidis
(6,17)
sowie
je
einem
Stamm
von
N.
subflava
(B)
und
N.
catarrhalis
(B)
reduziert
(Tab.
1).
Das
Gas
bestand
zum
überwiegenden
Teil
aus
Stickstoff
und
enthielt
geringe
Mengen
Kohlendioxyd.
Stickoxydul
(N
2
0)
ließ
sich
nicht
darin
nachweisen.
Herr
Diplomchemiker
W.
MÜLLER-DUYSING,
Physikalisches
Institut
der
Universität
(Direktor:
Prof.
Dr.
H.
NEUERT),
hatte
die
Freundlichkeit,
diese
Messungen
für
uns
durchzuführen.
Beide
Herren
seien
meines
aufrichtigen
Dankes
versichert.
Reduktion
von
Nitrat
und
Nitrit
durch
Neisseria
47
Ammoniak
wurde
von
allen
Stämmen
in
Spuren
gebildet,
und
zwar
in
Nährbouillon
ebenso
wie
in
Nitrat-
bzw.
Nitritbouillon.
Tabelle
1.
Nitrat-
und
Nitritreduktion
durch
Neisseria
Art
Stämme
Nitratreduktion
Nitritreduktion
direkt
I
indirekt
mit
Gas
ohne
Gas
N.
gonorrhoeae
134,
135
N.
meningitidis
83,
93
(+)
6,
17
(+)
N.
sicca
E,
B,
CN,
11
+++
N.
perflava
A
I,
A
2,
B,
P
3,
191,
209
+/+++
199
(v) (v)
+ +
-I-
N.
subflava
115,
158,
163,
166,
208
++/+++
B
(v)
+
+
N.
subflava
B,
118
++/+++
var.
flava
186,
212,
X
4
(v)
(v)
++/+++
N.
animalis
10,
11,
12
(v)
(v)
+/+
+
+
N.
flavescens
B,
1,
2,
3,
4,
5
(v)
(v)
+/+++
N.
catarrhalis
8,
69
+
E
(v)
(v)
+
+
1-
B
(v)
+
(+)
N.
caviae
1,
4,
5,
6,
32,
42
(v) (v)
+
GP
(v)
+
+
R
+++
N.
ovis
37,
917,
623
+++
Anmerkung:
Nitratreduktion
direkt
=
Nitritnachwe's
(GRIESS-ILosvAv);
Nitratreduktion
indirekt
=
Nitritnachweis
nach
Reduktion;
(v)
=
schwach
und
variabel
positiv.
Diskussion
Der
Nitratreduktion
durch
Neisseria
ist
bisher
wenig
Aufmerksamkeit
gewidmet
worden.
Sieht
man
von
der
erst
kürzlich
von
LINDQUIST
(1960)
beschriebenen
N.
ovis
ab,
so
wurden
Stämme
mit
dieser
Fähigkeit
offenbar
nur
von
Monms
(1954)
gefunden;
neun
seiner
30
Typen
reduzierten
Nitrat
zu
Nitrit
oder
über
Nitrit
hinaus.
So
werden
die
Neisserien
in
Bergey's
Manual
(1957)
auch
als
indifferent
gegen
Nitrat
beschrieben.
über
die
Reduktion
von
Nitrit
aber
ist
offenbar
gar
nichts
bekannt.
Es
ist
daher
vielleicht
besonders
interessant,
daß
die
meisten
Arten
von
Neisseria
in
der
Lage
sind,
Nitrit
bis
zu
elementarem
Stickstoff
zu
reduzieren,
also
zu
denitrifizieren.
Denitrifikation
von
Nitrat
bzw.
Nitrit
ist
bisher
nur
bei
einer
klei-
neren
Zahl
streng
aerober
Arten
der
Gattungen
Pseudomonas,
Micro-
coecus,
Bacillus
und
Spirillum
gefunden
worden
(Cr.srroN).
Die
Neisserien
48
ULRICH
BERGER:
sind
bekanntlich
ebenfalls
strenge
Aerobier,
mit
Ausnahme
von
N.
gonor-
rhoeae,
die
auch
nicht
denitrifiziert,
und
in
gewissem
Maße
wohl
auch
von
N.
meningitidis,
deren
Fähigkeit
zu
dieser
Leistung
an
der
Grenze
der
Nachweisbarkeit
liegt.
Das
aus
Nitrit
gebildete
Gas
bestand,
wie
zu
erwarten
war,
fast
aus-
schließlich
aus
Stickstoff
;
die
geringe
Menge
Kohlendioxyd,
die
ebenfalls
darin
nachgewiesen
wurde,
wäre
als
Endprodukt
des
Stoffwechsels
organischer
Substrate
anzusehen.
Ob
das
Stickoxydul
(N
2
0),
wie
früher
angenommen,
eine
obligate
Zwischenstufe
der
Denitrifikation
darstellt,
ist
durch
die
Untersuchungen
von
SACKS
U.
BARKER
(1952)
sowie
ALLEN
U.
VAN
NIEL
(1952)
fraglich
geworden;
es
erscheint
jedoch
möglich,
daß
diese
Verbindung
durch
eine
Seitenreaktion
gebildet
werden
kann.
Unter
den
von
uns
hergestellten
Bedingungen
war
N
2
0
jedenfalls
nicht
entstanden,
wenngleich
einschränkend
auf
die
hohe
Wasserlöslichkeit
dieses
Gases
hingewiesen
werden
muß;
mit
Sicherheit
kann
also
nur
gesagt
werden,
daß
die
Menge
des
eventuell
gebildeten
N
2
0
die
für
die
Sättigung
der
Nährlösung
erforderliche
Konzentration
nicht
überstieg.
Auch
Ammoniak
entstand
bei
der
Nitritreduktion
offenbar
nicht;
es
fand
sich
zwar
in
Spuren
in
der
Nitritbouillon,
ebenso
aber
auch
in
der
nitritfreien
Kontrolle.
Reduktion
von
Nitrat
wurde
als
Artmerkmal
nur
bei
N.
ovis
in
Be-
stätigung
der
Angaben
von
LINDQUIST
gefunden,
darüber
hinaus
noch
bei
einem
Stamm
von
N.
caviae
(R).
Sehr
schwache
und
variable
Nitrit-
bildung
konnte
aber
auch
zum
Teil
allerdings
erst
bei
achtmaliger
Wiederholung
der
Versuche
bei
nicht
wenigen
Stämmen
fast
aller
anderen
Arten
beobachtet
werden.
Obwohl
die
Nitratase
nach
CONN
ein
adaptives
Enzym
darstellt,
gelang
es
nicht,
die
schwach
reduzierenden
Stämme
durch
mehrere
Passagen
über
Nitratagar
zu
einer
verstärkten
Nitratreduktion
anzuregen.
Daß
der
nur
gelegentliche
und
schwache
Nitritnachweis
nicht
mit
einem
schnellen
weiteren
Abbau
über
Nitrit
hinaus
erklärt
werden
kann,
ergibt
sich
aus
den
Resultaten
des
Nitrat-
nachweises:
ein
wesentlicher
Schwund
von
Nitrat
wurde
bei
diesen
Stämmen
ebenfalls
nicht
beobachtet.
Auch
hätte
bei
kräftigerer
Re-
duktion
des
Nitrat
über
Nitrit
hinaus
Gas
entstehen
müssen,
das
von
den
gleichen
Stämmen
bei
Angebot
von
Nitrit
gebildet
wurde
;
Gas
aber
erschien
in
der
Nitratbouillon
niemals.
Deutliche
und
regelmäßige
Reduktion
über
Nitrit
hinaus
bewirkten
nur
vereinzelte
Stämme
verschiedener
Arten
(N.
subflava
B,
N.
catarrha-
lis
B,
N.
caviae
GP).
Nach
ihrem
Nitrat-
und
Nitritverhalten
ließen
sich
also
folgende
Typen
aufstellen:
1.
Weder
Nitrat
noch
Nitrit
reduziert;
Reduktion
von
Nitrat
und
Nitrit
durch
Neisseria
49
2.
Nitrat
nicht
(oder
sehr
schwach
und
variabel)
reduziert,
Nitrit
denitrifiziert;
3.
Nitrat
nicht
(oder
sehr
schwach
und
variabel)
reduziert,
Nitrit
ohne
Gas-
bildung
reduziert;
4.
Nitrat
über
Nitrit
hinaus
reduziert,
Nitrit
ohne
Gasbildung
reduziert;
5.
Nitrat
zu
Nitrit
reduziert,
Nitrit
nicht
reduziert.
Abschließend
sei
noch
das
Regelverhalten
der
verschiedenen
Arten
gegenüber
Nitrat
und
Nitrit
angegeben
(Tab.2).
N.
gonorrhoeae:
weder
Nitrat
noch
Nitrit
reduziert.
N.
meningitidis:
Nitrat
nicht
reduziert,
Nitrit
schwach
denitrifiziert.
N.
sieca,
N.
perflava,
N.
subflava,
N.
subflava
var.
flava,
N.
animalis,
N.
flaves-
eens:
Nitrat
nicht
(oder
sehr
schwach
und
variabel)
reduziert,
Nitrit
denitrifiziert.
N.
catarrhalis:
a)
wie
N.
flaveseens;
b)
Nitrat
über
Nitrit
hinaus
reduziert,
Nitrit
ohne
Gasbildung
reduziert.
N.
caviae:
a)
ähnlich
N.
catarrhalis
(Gruppe
b);
b)
wie
N.
ovis.
N.
ovis:
Nitrat
kräftig
zu
Nitrit
reduziert,
Nitrit
nicht
reduziert.
Tabelle
2.
Regelverhalten
der
Neisserien
gegenüber
Nitrat
und
Nitrit
Art
Reduktion
von
Nitrat
Reduktion
von
Nitrit
zu
Nitrit
über
Nitrit
hinaus
N.
gonorrhoeae
N.
meningitidis
___
+
N.
sicca
+
N.
perflava
+
N.
subflava
+
N.
subflava
var.
flava
(v)
4-
N.
animalis
(v)
+
N.
flavescens
(v)
+
N.
catarrhalis
a
(v)
+
b
+
(+)
N.
eaviae
a
(v)
(+)
b
+
N.
ovis
+
Anmerkung:
Nitratreduktion
(v)
=
schwach
und
variabel
Nitritreduktion
+
=
mit
Gasbildung,
(+)
=
ohne
Gasbildung.
Aus
der
Tab.
2
geht
außer
dem
Regelverhalten
der
Arten
hervor,
daß
1.
mit
Zunahme
der
Fähigkeit
zur
Nitratreduktion
die
Fähigkeit
zur
Nitritreduktion
abnimmt
und
vice
versa;
2.
die
Fähigkeit
zur
Nitrit-
reduktion
gleichsinnig
der
Fähigkeit
zur
Zuckerspaltung
abnimmt
(auf
Tab.
2
von
oben
nach
unten);
3.
N.
catarrhalis
und
N.
caviae
im
Hinblick
auf
die
hier
geprüften
Merkmale
keine
einheitlichen
Gruppen
darstellen.
Für
die
beiden
mäßig
wachsenden
pathogenen
Arten
(N.
gonorrhoeae,
N.
menin-
gitidis)
treffen
die
beiden
ersten
Beobachtungen
allerdings
nicht
in
vollem
Umfang
zu.
Reduktion
von
Nitrat
und
Nitrit
stellen
demnach
so
charakteristische
Merkmale
dar,
daß
sie
in
die
Gattungs-
und
Artbeschreibungen
der
Neisserien
aufgenommen
werden
sollten.
Z.
Hyg.
Infekt.-Kr.,
Bd.
148
4
50
ULRICH
BERGER:
Reduktion
von
Nitrat
und
Nitrit
durch
Neisseria
Zusammenfassung
52
Stämme
aller
bekannten
Arten
von
Neisseria
wurden
auf
ihre
Fähigkeit
zur
Nitrat-
und
Nitritreduktion
sowie
zur
Ammoniakbildung
untersucht.
Es
ergab
sich,
daß
mit
Ausnahme
der
mikroaerophilen
N.
gonor-
rhoeae
alle
zuckerverwertenden
Arten
Nitrit
denitrifizieren,
ohne
Nitrat
in
nennenswertem
Maße
anzugreifen.
Ebenso
verhalten
sich
die
meisten
Stämme
von
N.
catarrhalis.
N.
caviae
reduziert
Nitrit
ohne
Gasbildung.
Die
kräftig
nitrat-
reduzierende
N.
ovis
ist
dagegen
indifferent
gegen
Nitrit.
N.
gonorrhoeae
reduziert
weder
Nitrat
noch
Nitrit.
Ammoniak
wird
von
allen
Stämmen
in
Spuren
gebildet,
von
den
menschenpathogenen
Arten
am
wenigsten,
von
N.
ovis
relativ
am
stärksten.
Die
vorliegenden
Untersuchungen
wurden
mit
Unterstützung
der
Deutschen
Forschungsgemeinschaft
durchgeführt.
Literatur
ALLEN,
M.
B.,
and
C.
B.
VAN
NIEL:
Experiments
an
bacterial
denitrification.
J.
Bact.
64,
397
(1952).
BERGER,
U.:
Oxydationsfermente
bei
Veillonella
alcalescens.
Z.
Hyg.
Infekt.-Kr.
146,
440
(1960).
Bergey's
Manual
of
Determinative
Bacteriology,
7.
Aufl.,
Baltimore
1957.
CLIFTON,
C.
E.:
Introduction
to
bacterial
physiology.
New
York,
Toronto
u.
London
1957.
HANSEN,
P.
A.:
Ein
neues
Ammoniakreagens
und
seine
Anwendung
in
der
Bak-
teriologie.
Zbl.
Bakt.,
I
Abt.
Orig.
115,
388
(1930).
LANGFORD,
G.
C.,
J.
E.
FABER
and
M.
J.
PELCIAR:
The
occurrence
of
anaerobic
gram-negative
diplococci
in
the
normal
human
mouth.
J.
Bact.
59,
349
(1950).
LINDQUIST,
K.:
A
Neisseria
species
associated
with
infectious
kerato-conjunctivitis
of
sheep
Neisseria,
ovis
nov.
spec.
J.
infect.
Dis.
106,
162
(1960).
MORRIS,
E.
0.:
The
bacteriology
of
the
oral
cavity.
IV
(b)
Neisseria.
Brit.
dent.
J.
96,
263
(1954).
SACKS,
L.
E.,
and
H.
A.
BARKER:
Substrate
oxidation
and
nitrous
oxide
utilization
in
denitrification.
J.
Bact.
64,
247
(1932).
SIMS,
W.:
The
characteristics
of
some
oral
strains
of
Veillonella.
Brit.
dent.
J.
108,
73
(1960).
WILSON,
G.
S.,
and
A.
A.
MILEs:
Topley
and
Wilson's
Principles
of
Bacteriology
and
Immunity,
4.
Aufl.,
London
1955.
Privatdozent
Dr.
med.
ULRICH
BERGER,
Hamburg
20,
Martinistr.
52