Lactobacillus acidophilus: Merkmale, Vorkommen & Nutzung

Lexikon · Mikrobiologie

Was ist Lactobacillus acidophilus?

Lactobacillus acidophilus ist eine Bakterienart aus der Gruppe der Milchsäurebakterien. Fachleute nennen diese Gruppe auf Englisch lactic acid bacteria, kurz LAB. Der Artname «acidophilus» bedeutet sinngemäss «säureliebend». Er weist darauf hin, dass das Bakterium ein saures Umfeld gut verträgt.

Die Art trägt folgende mikrobiologische Merkmale:

• Gram-positiv – die Zellwand färbt sich in der Gram-Färbung blau an.
• Stäbchenförmig – die Zellen liegen einzeln, paarweise oder in kurzen Ketten.
• Ohne Sporen – die Art bildet keine widerstandsfähigen Dauerformen.
• Unbeweglich – sie besitzt keine Geisseln zur Fortbewegung.
• Katalase-negativ – sie bildet kein Enzym, das Wasserstoffperoxid spaltet.
• Sauerstoffarm wachsend – das Wachstumsoptimum liegt bei rund 37 °C.

Die Erstbeschreibung stammt aus dem Jahr 1900. Der österreichische Kinderarzt Ernst Moro isolierte den Keim aus dem Stuhl gestillter Säuglinge. Er nannte ihn zunächst Bacillus acidophilus. Erst später ordnete man die Art der Gattung Lactobacillus zu.

Mit den damaligen Methoden liessen sich mehrere nahe verwandte Arten kaum unterscheiden. Deshalb fasste man sie lange unscharf als «acidophilus-Komplex» zusammen. Eine sichere Zuordnung gelingt erst mit molekularbiologischen Verfahren.

Die Gattung Lactobacillus war lange sehr umfangreich und uneinheitlich. Anfang 2020 umfasste sie 261 Arten. Diese unterschieden sich stark in Aussehen, Lebensraum und Erbgut. Auf Basis vollständiger Genomvergleiche teilte man die Gattung daraufhin in 25 Gattungen auf. Lactobacillus acidophilus blieb dabei in der enger gefassten Gattung Lactobacillus. Diese fasst seither jene wirtsadaptierten Arten zusammen, die früher als «L. delbrueckii-Gruppe» galten.¹ Der Sammelbegriff «Laktobazillen» bleibt für alle Arten gebräuchlich, die bis 2020 zur alten Grossgattung gehörten.

Wo kommt Acidophilus vor?

Das Bakterium ist ein wirtsgebundener Organismus und kein typischer Umweltkeim. Nachweisen lässt es sich vor allem im Verdauungstrakt und in der Mundhöhle von Menschen und Tieren. Entsprechend ordnet die revidierte Systematik die Art jener Gruppe zu, die sich im Lauf der Evolution eng an tierische und menschliche Wirte angepasst hat.¹

Diese Anpassung zeigt sich auch im Erbgut. Der Organismus verfügt über ein vergleichsweise kleines Genom. Er braucht deshalb ein nährstoffreiches Umfeld, denn viele Bausteine stellt er nicht selbst her.

Ausserhalb des Wirts findet sich die Art in bestimmten vergorenen Lebensmitteln. Fachleute sprechen von fermentierten Lebensmitteln. Vor allem in Sauermilchprodukten wird sie gezielt als Kultur eingebracht. Für technische Anwendungen nutzt man definierte Stämme aus Kultursammlungen. Diese kommen getrocknet oder tiefgefroren in den Handel.

Wie ist die Zelle aufgebaut?

Wie alle gram-positiven Bakterien besitzt Lactobacillus acidophilus eine dicke, mehrschichtige Zellwand. Sie besteht aus Peptidoglykan, einem netzartigen Gerüst aus Zuckern und Aminosäuren. Charakteristisch ist zusätzlich eine S-Schicht.

Die Biotechnologie untersucht die Bindedomäne dieses Proteins als Anker für Oberflächen-Präsentationssysteme. Das ist eine rein technische Anwendung ohne Bezug zur Ernährung.

Gut charakterisiert ist auch das Erbgut des Referenzstammes NCFM. Seine vollständige Genomsequenz erschien 2005. Die folgenden Eckdaten stammen aus dieser Arbeit.²

Wie funktioniert die Milchsäuregärung?

Die Milchsäuregärung ist der Stoffwechselweg, über den das Bakterium Zucker abbaut. Lactobacillus acidophilus gilt als obligat homofermentativ. Es baut Zucker über den klassischen Zuckerabbauweg ab, die Glykolyse. Hauptprodukt ist dabei Milchsäure. Milchzucker (Laktose) zerlegen Enzyme zuerst in Glucose und Galaktose. Erst danach beginnt der eigentliche Abbau.

Durch die entstehende Milchsäure sinkt der pH-Wert. Das Umfeld wird also saurer. Bei der Herstellung von Sauermilchprodukten flocken dadurch die Milcheiweisse aus. Diese Eiweisse heissen Kaseine, und sie flocken an ihrem isoelektrischen Punkt aus. Die Milch dickt ein und erhält ihren typisch säuerlichen Geschmack. Die Säure ist zugleich der Grund, weshalb sich Fremdkeime in einem gut geführten Ansatz schwertun. Das ist ein technologischer Grundeffekt jeder Milchsäuregärung.

Lebende Bakterienkulturen dieser Art heissen im Handel und in der Fachsprache häufig «probiotisch». Das ist eine gebräuchliche Sammelbezeichnung für lebende Mikroorganismen, die man in definierter Menge zuführt. Über eine bestimmte Wirkung ist damit nichts gesagt.

Forschung & Untersuchungsbereiche

Lactobacillus acidophilus zählt zu den am längsten und am gründlichsten untersuchten Milchsäurebakterien. Die folgenden Abschnitte beschreiben, welche Fragestellungen die Forschung bearbeitet. Sie leiten daraus keinen gesundheitlichen Nutzen ab. Ein sehr grosser Teil der veröffentlichten Befunde stammt aus Labormodellen (in vitro) und aus Tierversuchen. Eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2024 fasst den Kenntnisstand zusammen. Sie benennt ausdrücklich bestehende Forschungslücken und den Bedarf an weiteren Untersuchungen.⁷

Genomik und Stammcharakterisierung. Mit der vollständigen Sequenzierung des Stammes NCFM im Jahr 2005 wurde die Art zu einem Modellorganismus der Laktobazillen-Genomik. Die Autorinnen und Autoren beschrieben Genorte für mucus- und fibronektinbindende Proteine. Hinzu kamen Transportsysteme für verschiedene Kohlenhydrate, ein Bakteriozin-Genocluster sowie Regulationssysteme, die mit der Säuretoleranz in Verbindung stehen.² Seither dienen solche Sequenzdaten dazu, einzelne Stämme eindeutig zu identifizieren und voneinander abzugrenzen.

Anheftung und Oberflächenproteine. Ein aktives Forschungsfeld untersucht, wie stark sich Zellen dieser Art anlagern. Geprüft wird die Anlagerung an Schleimstoffe (Mucin) und an Darmepithelzellen. Als Modelle dienen Zellkulturen wie Caco-2- und HT-29-Zellen.³ Proteomische Arbeiten haben Oberflächenproteine und sogenannte Moonlighting-Proteine des Stammes NCFM identifiziert. Diese stehen mit dem Anheftungsmechanismus in Zusammenhang. Zugleich beeinflussen Nährstoffe und Begleitstoffe im Medium die gemessene Anheftung deutlich.⁶ Es handelt sich um Modellsysteme, die reale Verhältnisse nur annähern.

Säure- und Stresstoleranz. Die Art verträgt ein saures Umfeld. Deshalb ist sie ein Studienobjekt der bakteriellen Stressphysiologie. Ausgehend von der Genomsequenz schalteten Forschende gezielt einzelne Genorte aus. Betroffen waren Genorte für Decarboxylierungs- und Antiporter-Reaktionen. Dazu zählten eine mutmassliche Ornithin-Decarboxylase, eine Aminosäure-Permease und ein Glutamat-Gamma-Aminobuttersäure-Antiporter. Alle veränderten Varianten reagierten empfindlicher auf einen niedrigen pH-Wert als der Ausgangsstamm. Das weist auf mehrere parallel wirkende Mechanismen hin.⁴

Kohlenhydratverwertung. Untersucht wird ferner, welche Zucker die Art verwerten kann. Im Genom des Stammes NCFM beschrieben Forschende Gencluster für den Transport mehrerer Kohlenhydrate. Dazu gehören Fructo-Oligosaccharide und Raffinose.² Diese Frage ist vor allem lebensmitteltechnologisch relevant. Sie betrifft etwa die Führung von Fermentationen und die Zusammensetzung von Nährmedien.

Bakteriozine und mikrobielle Interaktion. Im Erbgut liegt ein Genort für Lactacin B. Das ist ein Bakteriozin der Klasse II, also ein von Bakterien gebildetes Eiweiss. Es kann das Wachstum verwandter Bakterien hemmen.² Solche Substanzen sind Gegenstand der mikrobiologischen Grundlagen- und Lebensmittelforschung. Insgesamt gilt: Der Forschungsstand hängt stark vom Stamm, vom Modell und von der Methode ab. Belastbare, auf den Menschen übertragbare Schlüsse zu einem gesundheitlichen Nutzen lassen sich daraus nach heutigem Stand nicht ziehen.

Traditionelle Anwendungsgebiete & Kulturgeschichte

Vergorene Milch gehört zu den ältesten Kulturtechniken der Menschheit. In Vorderasien, im Kaukasus, in Zentralasien und in Südasien stellten Menschen über Jahrtausende Sauermilcherzeugnisse her. Das geschah lange, bevor jemand von Bakterien wusste. Die Gärung lief mit spontanen Mischkulturen ab und war nicht auf eine einzelne Art bezogen. Die folgenden Angaben geben die kulturhistorische Überlieferung wieder. Sie sind eine Traditionsbeschreibung und treffen keine Aussage über eine gesundheitliche Wirkung.

Der Übergang von der überlieferten Sauermilch zur artdefinierten Kultur ist eine Entwicklung des 20. Jahrhunderts. Er lässt sich recht genau nachzeichnen. Am Anfang stehen zwei Namen. Ernst Moro isolierte und benannte die Art im Jahr 1900. Elie Metchnikoff äusserte 1907/1908 in seinem Buch The Prolongation of Life eine vieldiskutierte Vermutung: Der reichliche Verzehr gesäuerter Milch stehe mit der Langlebigkeit der bulgarischen Landbevölkerung in Zusammenhang. Diese These prägte die Populärkultur nachhaltig. Wissenschaftlich gilt sie als historische Hypothese und nicht als Nachweis.

In den 1920er-Jahren griffen die US-Bakteriologen Leo F. Rettger und Harry A. Cheplin an der Yale University die Idee auf. Sie vergoren Milch gezielt mit dieser einen Art. Aus diesen Arbeiten ging die Acidophilusmilch hervor. Sie schmeckt mild-säuerlich und gilt in Deutschland und der Schweiz bis heute als eigene Erzeugniskategorie. In der Sowjetunion etablierte sich parallel das Getränk Azidofilin (Acidophiline), teils in Kombination mit Kefirkulturen. In den 1970er-Jahren kam in den USA die sogenannte sweet acidophilus milk auf. Dabei bleibt die Milch ungesäuert und gekühlt. Die Kultur kommt erst nach der Verarbeitung hinzu, deshalb fehlt der säuerliche Geschmack.

Aus derselben Zeit stammt der bis heute meistuntersuchte Stamm: NCFM. Das Kürzel steht für «North Carolina Food Microbiology». Laut Fachliteratur wird er seit 1972 kommerziell hergestellt. Ab Mitte der 1970er-Jahre war er in den USA in konventionellen Lebensmitteln wie Milch und Joghurt verfügbar.^2,3 Die Verwendung von Acidophilus als definierte Kultur ist damit keine Jahrtausende alte Tradition. Sie ist rund hundert Jahre alte Lebensmitteltechnologie. Die Sauermilch selbst ist dagegen sehr viel älter.

Sicherheit, Abgrenzung & Einordnung

Milchsäurebakterien aus der Lebensmittelherstellung gelten regulatorisch als gut untersucht. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) führt Lactobacillus acidophilus in einer besonderen Liste. Für die dort genannten Mikroorganismen gilt ein vereinfachtes Sicherheitsbewertungsverfahren, die «Qualified Presumption of Safety» (QPS). Diese Einstufung betrifft allein die Sicherheitsbewertung des Organismus. Sie sagt nichts über einen Nutzen aus.

Wichtig ist die begriffliche Abgrenzung. «Acidophilus» wird umgangssprachlich unscharf verwendet. Historisch führte man Stämme unter diesem Namen, die heute zu anderen Arten des acidophilus-Komplexes gehören. Beispiele sind Lactobacillus gasseri und Lactobacillus crispatus.

Lebende Kulturen sind empfindlich gegenüber Hitze, Feuchtigkeit und Sauerstoff. Die Zellzahlen in Lebensmitteln nehmen über die Lagerzeit ab.

Häufige Fragen zu Acidophilus

Was bedeutet der Name «acidophilus»?

«Acidophilus» bedeutet sinngemäss «säureliebend». Der Name setzt sich aus dem lateinischen acidus (sauer) und dem griechischen philos (liebend) zusammen. Er verweist darauf, dass das Bakterium ein saures Umfeld verträgt und selbst Milchsäure bildet.

Gehört Acidophilus noch zur Gattung Lactobacillus?

Ja. Bei der Neuordnung der grossen Gattung im Jahr 2020 verteilte man 261 Arten auf 25 Gattungen. Lactobacillus acidophilus blieb in der enger gefassten Gattung Lactobacillus. Diese fasst seither wirtsadaptierte Arten zusammen.¹

Was ist Acidophilusmilch?

Acidophilusmilch ist ein Sauermilcherzeugnis, das gezielt mit Lactobacillus acidophilus vergoren wird. Sie geht auf Arbeiten der 1920er-Jahre zurück und schmeckt mild-säuerlich. Damit ist sie deutlich jünger als die traditionellen, spontan vergorenen Sauermilchen.

Was ist eine S-Schicht?

Eine S-Schicht (S-Layer) ist ein regelmässiges, kristallartiges Proteingitter auf der Aussenseite der Zellhülle. Bei dieser Art besteht sie überwiegend aus dem Protein SlpA. Sie kann bis zu rund 20 Prozent des gesamten Zellproteins ausmachen.⁵

Ist Acidophilus dasselbe wie eine Joghurtkultur?

Nein. Joghurt im engeren Sinn entsteht mit Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus und Streptococcus thermophilus. Lactobacillus acidophilus ist eine eigene Art. Sie kommt als Zusatz- oder Starterkultur separat zum Einsatz.

Wofür steht die Stammbezeichnung NCFM?

NCFM steht für «North Carolina Food Microbiology». Es ist der am besten charakterisierte Stamm der Art. Seine vollständige Genomsequenz erschien 2005, und er wird seit 1972 kommerziell hergestellt.^2,3

Warum ist die Angabe des Stammes so wichtig?

Weil Eigenschaften stammspezifisch sind. Was Forschende für einen einzelnen Stamm im Labor beschrieben haben, gilt nicht automatisch für die gesamte Art. Deshalb nennt die Fachliteratur immer die genaue Stammbezeichnung, etwa NCFM.

Wo kommt Lactobacillus acidophilus natürlich vor?

Im Verdauungstrakt und in der Mundhöhle von Menschen und Tieren. Die Art ist wirtsgebunden und kein typischer Umweltkeim. In Lebensmitteln findet sie sich vor allem dort, wo man sie gezielt als Kultur zusetzt.¹