Isolation of lactic acid-related bacteria from the pig mucosal proximal gastrointestinal tract, including Olsenella umbonata sp. nov. and Veillonella magna sp. nov. | Isolierung von milchsäurebezogenen Bakterien aus dem porcinen mukosalen proximalen Gastrointestinaltrakt, einschließlich Olsenella umbonata sp. nov. und Veillonella magna sp. nov.

Chapter I Scope and intention 10 Outline 12 Co-authors 14 Chapter II Lactobacilli and other lactic acid-related bacteria in the mucosal proximal gastrointestinal tract of pigs: a review of ecology for two derivative approaches for isolation of novel species 19 Chapter III LHP: a new medium for the specific direct isolation of lactobacilli and screening for strains of novel species with haem-independent manganese catalase activity on hydrogen peroxide 51 Chapter IV PGM-plus and PGM: new mucin-based media in the specific isolation of lactic acid-related bacteria from the mucosal stomach and jejunum of a pig, including Olsenella umbonata sp. nov. and Veillonella magna sp. nov. 78 Chapter V Olsenella umbonata sp. nov., a microaerotolerant anaerobic lactic acid bacterium from the sheep rumen and pig jejunum, and emended descriptions of Olsenella, Olsenella uli and Olsenella profusa 98 Chapter VI Veillonella magna sp. nov., isolated from the jejunal mucosa of a healthy pig, and emended description of Veillonella ratti 124 Chapter VII Lactic acid-related bacterial community from the mucosal stomach and jejunum of a pig, including Olsenella umbonata sp. nov. and Veillonella magna sp. nov. 140 Chapter VIII General discussion 149 Chapter IX Summary / Zusammenfassung 189 References 191 Acknowledgements / Danksagung 192 Statement of originality / Selbständigkeitserklärung 193

I decided to dedicate my thesis to the subject of the isolation of lactobacilli and other lactic acid-related bacteria (LARB) from the mucosae of the stomachs and jejuna of healthy domestic pigs, as the interactions of these indigenous microorganisms and microhabitats are utterly relevant for host animal nutrition and health. In a first approach, I applied Lactobacillus- hydrogen peroxide (LHP), a newly developed culture medium for the one-step direct specific isolation and qualitative analysis of hydrogen peroxide accumulation of lactobacilli. In combination with a screening catalase- benzidine dihydrochloride test, LHP constitutes a simple approach for the detection of manganese catalase-positive isolates of potentially novel Lactobacillus species. The new medium was validated as highly specific and limitedly sensitive for lactobacilli. The application of LHP facilitated the hitherto unreported detection of a haem-independent manganese catalase in the type strain of Lactobacillus plantarum subsp. plantarum. However, a colony isolate with an active catalase was not detected, and hence this first approach resulted in no promisingly novel Lactobacillus strain. In a second approach, I used commercial mucin from porcine stomach as basal component of two newly created culture media for the specific isolation of mucosa- associated LARB. The isolated community comprised all three groups of LARB of the Firmicutes and Actinobacteria, namely the lactic acid-producing bacteria sensu stricto and sensu lato plus the metabolically linked lactic acid- fermenting bacteria. A 16S rRNA gene sequence-based phylogenetic analysis indicated that five of the total 27 isolates belonged to three novel species. I undertook polyphasic taxonomic analyses of four isolates and described Olsenella umbonata and Veillonella magna, a novel lactic acid-producing and -fermenting species, respectively, with now validly published name. These species were phenotypically characterised as being well adapted and, as other olsenellae and veillonellae, presumably indigenous to the gastrointestinal tract of pigs and other homeothermic vertebrates.

Ich beschloss, meine Doktorarbeit dem Thema der Isolierung von Laktobazillen und anderen Milchsäurebezogenen Bakterien (MSBB) von den Schleimhäuten der Mägen und Leerdärme gesunder Hausschweine zu widmen, da die Interaktionen dieser indigenen Mikroorganismen und Mikrohabitate äußerst relevant für die Ernährung und die Gesundheit des Wirtstieres sind. In einem ersten Ansatz verwendete ich Lactobacillus-hydrogen peroxide (LHP), ein neu entwickeltes Kulturmedium zur direkten spezifischen Isolierung und qualitativen Analyse der Wasserstoffperoxid-Akkumulation von Laktobazillen in einem Schritt. In Kombination mit einem Katalase-Benzidindihydrochlorid-Screeningtest stellt LHP einen einfachen Ansatz zur Auffindung Mangankatalase-positiver Isolate potenziell neuer Lactobacillus Arten dar. Das neue Medium wurde als hochspezifisch und begrenzt sensitiv für Laktobazillen validiert. Die Anwendung von LHP ermöglichte die bis dato nicht berichtete Feststellung einer Häm-unabhängigen Mangankatalase im Typstamm von Lactobacillus plantarum subsp. plantarum. Ein Kolonieisolat mit einer aktiven Katalase wurde jedoch nicht aufgefunden, und so ergab dieser erste Ansatz keinen viel versprechend neuen Lactobacillus Stamm. In einem zweiten Ansatz verwendete ich kommerzielles Mucin aus dem Schweinemagen als Basalkomponente zweier neu kreierter Kulturmedien für die spezifische Isolierung Schleimhautassoziierter MSBB. Die isolierte Gemeinschaft umfasste alle drei Gruppen der MSBB der Firmicutes und Actinobacteria, nämlich die Milchsäure-bildenden Bakterien sensu stricto und sensu lato sowie die metabolisch angeschlossenen Milchsäure-fermentierenden Bakterien. Eine phylogenetische Analyse auf Basis von 16S rRNA Gensequenzen zeigte, dass fünf der insgesamt 27 Isolate zu drei neuen Arten gehörten. Ich nahm polyphasische taxonomische Analysen von vier Isolaten vor und beschrieb Olsenella umbonata und Veillonella magna, eine neue Milchsäure-bildende beziehungsweise -fermentierende Art mit nun valide publiziertem Namen. Diese Arten wurden phänotypisch charakterisiert als gut adaptiert an, und wie andere Olsenellen und Veillonellen, vermutlich indigen im Magen-Darm-Trakt von Schweinen und anderen gleichwarmen Wirbeltieren.