In procaryotes, L-carnitine may be used as both a carbon and nitrogen source for aerobic growth, or the carbon chain may be used selectively following cleavage trimethylamine. Under anaerobic conditions and in the absence of preferred substrates, some bacteria use carnitine, via crotonobetaine, as an electron acceptor. Formation of trimethylamine and lambda-butyrobetaine (from reduction of crotonobetaine) from L-carnitine by enteric bacteria has been demonstrated in rats and humans. Carnitine is not degraded by enzymes of eukaryotic origin. In higher organisms, carnitine has specific functions in intermediary metabolism. Concentrations of carnitine and its esters in cells of eukaryotes are rigorously maintained to provide optimal function. Carnitine homeostasis in mammals is preserved by a modest rate of endogenous synthesis, absorption from dietary sources, efficient reabsorption, and mechanisms present in most tissues that establish and maintain substantial concentration gradients between intracellular and extracellular carnitine pools.

L-Carnitinmangelzustiinde konnen bei Mensch und Tier zu schweren Stoffwechselstorungen fiihren, wenn Tierkorper oderlund Mikroorganismen den Carnitinbestand reduzieren. Durch die verminderte /3-Oxidation dtr Fettsauren entstehen z. B. Lipidspeichermyopathien des Skelettmuskels. Kiirzlich beschrieben wir zwei Stamme von Escherichia coli, die unter anaeroben Bedingungen L-Carnitin fast vollatiindig zu y-Butyrobetain reduzierten ( SEIM et al. 1979). Ahnliche Umbauprozesse sind bei langdauernder Piiulnis bekannt. y-Butyrobetain ist bei Mikroorganismen vor allem als direkter Precursor des L-Carnitins bei dessen Biosynthese beschrieben worden (HORNE u. BROQUIST 1973, LINDSTEDT et al. 1977). In der vorliegenden Studie berichten wir, inwieweit andere pathogene und fakultativ pathogene Spezies aus den Familien Enterobacteriaceae und Pseudomonadaceae L-Carnitin abbauen oder zu y-Butyrobetain reduzieren. Die Enterobacteriaceae stammten aus der Sammlung und dem Routinebetrieb des Institutes fur Medizinische Mikrobiologie. Stiimme und Serotypen wurden nach HALLMANN u. BURRHARDT (1974) bestimmt. Fur Acinetobacter calcoaceticus CCM 5593 danken wir der Czechoslovak Collection of Microorganisms (5. E. PurkynF! University Brno/CSSR). Die Untersuchungen des L-Carnitinstoffwechsels unter partiell anaeroben Bedingungen verglichen wir mit Spezies von Pseudomonas, von denen einige L-Carnitin aerob durch die L-Carnitindehydrogenase (EC 1.1.1.108) abbauen (AURICH et al. 1967, KLEBER et al. 1978). Diese Spezies wurden der Stammsammlung des Bereiches Biochemie entnommen.Die Stammkulturen wurden auf Bouillon-Agar (2 g/l) (Pseudomonas, Acinetobacter) bzw. auf Stichagar (1,5 g/l) Enterobacteriaceae) bei 4 "C im Dunkeln aufbewahrt. Als Impfsuspension dienten 24 Std. alte Anreicherungskulturen, die von Blutagarplatten (5'3;) in Komplexmedium (20 g/1 pankreatisches Pepton, 5 g/1 NaCl; Immunpriiparate Berlin) aufgeschwemmt wurden. Beimpft wurde mit 5 lo5 Keimen/ml (Endkonzentration). Die Bakterien wurden in Zentrifugenglasern mit 8 mi Komplexmedium unter Zusatz von L-Carnitin (31 pmol/ml) bei 30 "C unter aeroben Bedingungen und Schutteln (Acinetobacter) bzw. bei 37 "C unter partiell anaeroben Bedingungen (Stehen in Paraffin-verschlossenen GefLBen; Pseudomonas und Enterobacteriaceae) in mindestens zweimaligem Ansatz uber 48 oder 120 Std. inkubiert. L( -)-Carnitin (L( -)-3-Hydroxy-4-trimethylaminobutyrat) wurde als reinstes Kristallisat (MUL-LER u. STRACK 1972) eingesetztl). Den Abbau dea L-Carnitins und die Bildung der Metabolite mit erhaltener Trimethylammoniumgruppe erfaDten wir nach Zentrifugation (4000 x g ; T 20) im Kulturfiltrat dunnschichtchromatographisch (KLEBER et al. 1977, SEIM et al. 1979). Die Fiihigkeit, Carnitin abzubauen, haben aul3er E . coli weitere Enterobacteriaceae (Tab. 1). Metabolite des L-Carnitins sind unter partiell anaeroben Bedingungen bei den Gattungen Salmonella, Citrobacter, Proteus und Escherichia Crotonobetain und l) OA Dr. H. LOSTER danken wir fur die Herstellung des L-Carnitins 38.

In view of the development of a L-carnitine deficiency, the metabolism of L-carnitine and structure-related trimethylammonium compounds was studied in Salmonella typhimurium LT2 by means of thin-layer chromatography (TLC). L-Carnitine, crotonobetaine and acetyl-L-carnitine stimulated the anaerobic growth in a complex medium significantly. The stimulation depended on the formation of gamma-butyrobetaine. The reduction of L-carnitine proceeded in two steps: (1) Dehydration of the L-carnitine to crotonobetaine, (2) hydrogenation of crotonobetaine to gamma-butyrobetaine. The reduction of crotonobetaine was responsible for the growth stimulation. Terminal electron acceptors of the anaerobic respiration such as nitrate and trimethylamine N-oxide, but not fumarate, suppressed the catabolism of L-carnitine completely. Glucose fermentation, too, inhibited the reduction of L-carnitine but optimal growth with a high carnitine catabolism was achieved by D-ribose. The esters of carnitine with medium- and long-chain fatty acids inhibited the growth considerably because of their detergent properties.