Medizinische Mikrobiologie

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1 Herbert Hof, Rüdiger Dörries Duale Reihe Medizinische Mikrobiologie Die überdurchschnittliche Ausstattung dieses Buches wurde durch die großzügige Unterstützung von einem Unternehmen ermöglicht, das sich seit langem als Partner der Mediziner versteht. Wir danken der ULB Darmstadt MLP Marschollek, LautenscMäger & Partner AG Nähere Informationen hierzu siehe am Ende des Buches. _

2 V Inhalt Vorwort. XX Teil A Einführung 2 Geschichtliche Entwicklung 2 Einteilung der Mikroorganismen 4 Subzelluläre biologische Objekte.... : 4 Prionen Viroide Viren Einzellige Mikroorganismen (Protisten) Prokaryonten Eukaryonten Mehrzellige Lebewesen. : Allgemeine Infektionslehre Mikroorganismen als Krankheitserreger Mikroorganismen als Nützlinge bzw. Schädlinge 1 Einführung 2 Allgemeine Infektionslehre Grundlagen der antimikrobiellen Chemotherapie 10 3 Grundlagen der ; antimikrobiellen Chemotherapie Einführung Grundregeln der antimikrobiellen Therapie Mikrobiologische Aspekte 11 Indikationsstellung 11 Erregerdiagnostik 12 Empfindlichkeit der Erreger und gezielte Wahl des richtigen Medikamentes Pharmakologische Aspekte 12 Adäquate Applikationsart, 12 Adäquate Dosierung 12 Adäquate Applikationsintervalle 13 Adäquate Dauer Toxikologische und ökonomische Aspekte 13 4 Diagnostik 14 4 Diagnostik Anamnese Klinische Zeichen Bildgebende Verfahren Klinisch-chemische Merkmale l Histologische Verfahren Mikrobiologische Diagnostik Präanalytik 19 Probenentnahme 19 Probentransport 21 Informationen an das Labor Analytik 24 Mikroskopie 25' Elektronenmikroskopie 30 Kultur und Differenzierung von Erregern 31 Antigennachweise 37

3 VI Inhalt Nachweis von Nukleinsäuren von Mikroorganismen 38 Serologie Umgang mit potenziell pathogenen Mikroorganismen Arbeiten mit gentechnisch veränderten Organismen (GVO) 49 1 Einleitung und Grundbegriffe Strukturelemente des Immunsystems 54 Teil B 1 Einleitung und Grundbegriffe 52 2 Strukturelemente des Immunsystems Organe des Immunsystems Primäre lymphatische Organe 54 Das Knochenmark 54 Der Thymus Sekundäre lymphatische Organe 56 Die Milz 57 Die Lymphknoten 58 Das schleimhautassoziierte lymphatische Gewebe Zellen des Immunsystems Die myeloische Zelllinie 61 Granulozyten 62 Monozyten/Makrophagen 62 Dendritische Zellen 63 Mastzellen Die lymphoide Zelllinie 63 Lymphozyten 63 Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) Rezeptoren auf Zellen des Immunsystems Rezeptoren zur Erkennung körperfremder Strukturen 66 C-Typ-Lektine 66 TOLL-ähnliche Rezeptoren 68 Fc-Rezeptoren 68 Komplementrezeptoren (CRs) 69 Spezifische Antigenrezeptoren der Lymphozyten Rezeptoren für die interzelluläre Kommunikation 75 Rezeptoren zur Adhäsion und Migration 76 Rezeptoren bei der Interaktion von Lymphozyten mit antigenpräsentierenden Zellen 77 Rezeptoren für Zytokine 78 3 Die Antigenerkennung durch Lymphozyten Die Antigenerkennung durch Lymphozyten Antigenerkennung durch B-Lymphozyten Antigenerkennung durch T-Lymphozyten MHC-Moleküle 83 MHC-Klasse-I-Moleküle 84 MHC-Klasse-II-Moleküle Variabilität von MHC-Molekülen Die Beladung von MHC-Molekülen mit antigenen Peptiden 86 Antigenprozessierung 86 Klasse-I-Präsentationsweg 87 Klasse-II-Präsentationsweg Der Komplex aus TCR, Korezeptor und MHC-Molekül 89 CD4 und CD8 als Korezeptoren 89 Signaltransduktion nach Antigenbindung 90

4 4 Die Ontogenese von Lymphozyten 91 Die Ontogenese von Lymphozyten Die Reifung von B-Lymphozyten Schritte des Reifungsprozesses 91 Von der lymphoiden Stammzelle zur unreifen B-Zelle 93 Negative und positive Selektion 93 Reifung zu naiven B-Lymphozyten Die Reifung von T-Lymphozyten Schritte des Reifungsprozesses 95 Stadium der doppelten Negativität 95 Stadium der doppelten Positivität 95 Stadium der einfachen Positivität.. 95 Reifung zur naiven T-Zelle 96 5 Mechanismen der angeborenen und der erworbenen Immunität 98 Mechanismen der angeborenen und der erworbenen Immunität Die angeborene Immunität Physikalische und chemische Barrieren 98 Physikalische Barrieren 98 Chemische Barrieren Zelluläre Abwehr durch Phagozyten 100 Erkennung der Erreger durch die Makrophagen 100 Phagozytose 102 Entzündungsreaktion Induzierbare Effektorsysteme 103 Zytokine 103 Interferone (IFN) und natürliche Killerzellen Die erworbene Immunität Die afferente Phase 107 Dendritische Zellen 107 T-Lymphozyten Die Induktionsphase 109 Stimulierung der T-Zellantwort. 109 Stimulierung der B-Zellantwort Die efferente Phase 118 Die CD4 + -T-Effektorzellen 119 Die CD8 + -T-Effektorzelle 122 Die B-Effektorzelle Das Gedächtnis der adaptiven Immunantwort 129 B-Gedächtniszeilen 130 T-Gedächtniszellen 131 Teil C 1 Allgemeine Virologie Allgemeine Virologie * Ursprünge der Virologie und ihr Weg zur modernen Biowissenschaft Virion und Virus Zusammensetzung und Struktur 135 Chemische Zusammensetzung Größe und Baupläne Abgrenzung zu anderen Mikroorganismen Molekulare Virologie und Genetik Methoden zur Analyse der Genomstruktur Genomorganisation von Viren der Vertebraten Evolution viraler Erbinformationen Taxonomie 145

5 1.4.1 Ordnungen, Familien, Genera und Arten r Virus und Wirtszelle Vermehrungszyklus 147 Adsorption, 148 Penetration 149 Uncoating 150 Vermehrung 151 Morphogenese und Ausschleusung Zytopathogener Effekt 155 Intrazelluläre Ereignisse 156 Morphologische Veränderungen Pathogenese Eindringen in den Wirt Primärreplikation Ausbreitung im Körper Organmanifestation Ausscheidung und Transmission Immunabwehr Unspezifische Abwehr Spezifische Abwehr Immunevasion 164 Flucht aus der immunologischen Kontrolle 164 Immunsuppression 164 Manipulation der Immunantwort Verlaufsformen viraler Infektionen Akute Virusinfektion Persistierende Virusinfektion Prophylaxe und Therapie von Virusinfektionen Prophylaxe 170 Hygienemaßnahmen 170 Impfung (Vakzinierung) Chemotherapie Spezieile Virologie Spezielle Virologie RNA-Viren Picornaviridae 180 Enterovirus 181 Rhinovirus 186 Hepatovirus Caliciviridae 188 Norovirus Hepeviridae 189 Hepevirus Reoviridae 190 Reovirus 191 Rotavirus Orbi- und Coltivirus Coronaviridae 193 Coronavirus Togaviridae 195 Alphavirus 195 Rubivirus Flaviviridae 199 Flavivirus 199 Hepacivirus Arenaviridae 205 Arenavirus Filoviridae 207 Marburgvirus, Ebolavirus : 208

6 Bunyaviridae 208 Orthobunyavirus 209 Phlebovirus 209 Nairovirus 210 Hantavirus Orthomyxoviridae 211 Influenzavirus A, B und C Paramyxoviridae 214 Parämyxovirus 214 Rubulavirus 215 Morbillivirus 216 Pneumovirus Rhabdoviridae 220 Lyssavirus Retroviridae Deltaretrovirus 223 Lentivirus DNA-Viren, Herpesviridae 229 Simplexvirus 230 Varicellavirus 234 Zytomegalievirus (CMV) 237 Roseolovirus 238 Lymphokryptovirus 240 Rhadinovirus Papillomaviridae 244 Papillomavirus Polyomaviridae 246 Polyomavirus Parvoviridae 248 Erythrovirus Adenoviridae 250 Mastadenoviren Poxviridae 252 Orthopoxvirus 252 Parapoxvirus. 255 Yatapoxvirus 255 Molluscipoxvirus Hepadnaviridae 256 Orthohepadnavirus 256 Deltavirus Virusoide, Viroide und Prionen Virusoide Viroide Prionen 262 Teil D 1 Allgemeine Bakteriologie Allgemeine Bakteriologie 1.1 Struktur und Funktion der Bakterienzelle Genetische Struktur und Organisation - Nukleoid (Kernäquivalent). 266 Plasmide (extrachromosomale Gene) Zytoplasma - Proteinsyntheseapparat Zytoplasmatische Membran - Energieproduktionsapparat Zellwand Äußere Membran bei gramnegativen Bakterien 275

7 1.1.6 Zellwanddefekte Fimbrien und Pili Kapseln Geißeln (Flagellen) Sporen Grundlagen der antibakteriellen Chemotherapie Wirkspektrum Wirkqualität Wirkmechanismus Resistenz : 287 Ursachen für Resistenzen 288 Resistenzmechanismen 289 Auswahlkriterien für die richtige Antibiotikawahl 289 Resistenztestung/Antibiogramm Pharmakokinetik Verträglichkeit und unerwünschte Wirkungen Spezielle Bakteriologie Spezielle Bakteriologie Grampositive Kokken Staphylokokken 297 Koagulasepösitive Staphylokokken (Staphylococcus aureus) 298 Koagulasenegative Staphylokokken Streptokokken 306 Streptococcus pyogenes (Streptokokken der Serogruppe A) 308 Streptococcus agalactiae (Streptokokken der Serogruppe B) 314 Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) 315 Oralstreptokokken Enterokokken Anaerobe Kokken Grampositive, aerobe, nicht sporenbildende Stäbchenbakterien Listerien 320 Listeria monocytogenes Erysipelothrix 322 Erysipelothrix rhusiopathiae Korynebakterien 323 Corynebacterium diphtheriae Nokardien Grampositive, aerobe, nicht sporenbildende Stäbchenbakterien von minderer humanpathogener Relevanz Grampositive, aerobe, sporenbildende Stäbchenbakterien Bazillen 329 Bacillus anthracis 330 Bacillus cereus Verschiedene aerobe Aktinomyzeten" Grampositive, mikroaerophile bis anaerobe, nicht sporenbildende Stäbchenbakterien Lactobacillus Bifidobacterium Propionibacterium Eubacterium Aktinomyzeten Tropheryma whippelii Grampositive, anaerobe, sporenbildende Stäbchenbakterien Clostridium 339 Clostridium tetani 339 Clostridium botulinum 342 Clostridium perfringens (Erregergruppe des Gasbrandes/Gasödemes) 344 Clostridium difficile 347

8 2.6 Mykobakterien Tuberkuloseerreger MOTT Mycobacterium leprae Gramnegative Kokken Gramnegative aerobe Kokken 361 Neisseria gonorrhoeae (Gonokokken) 362 Neisseria meningitidis (Meningpkokken) 365 Moraxella catarrhalis Gramnegative, anaerobe Kokken Kokkoide, aerobe Kurzstäbchen 368 Acinetobacter 368 Kingella Gramnegative aerobe, nicht fermentierende Stäbchenbakterien (Pseudomonadaceae) Pseudomonas 370 Pseudomonas aeruginosa Burkholderia 372 Burkholderia cepacia 372 Burkholderia mallei 372 Burkholderia pseudomallei Stenotrophomonas 373 Stenotrophomonas maltophilia Enterobacteriaceae Salmonella 376 Typhöse Salmonellosen 378 Enteritische Salmonellosen Shigella Escherichia Yersinia 390 Yersinia pestis 390 Yersinia pseudotuberculosis 392 Yersinia enterocolitica Citrobacter Klebsiella Calymmatobacterium granulomatis Enterobacter Serratia Proteus Vibrio (Vibrionen) 400 Vibrio cholerae 401 Vibrio parahaemolyticus 404 Vibrio vulnificus Aeromonas Diverse gramnegative aerobe Stäbchenbakterien Bruceila Francisella Bordetella Legionella Bartonella...' Coxiella., 415 Coxiella burnetii Hämophilus 416 Haemophilus influenzae 417 Haemophilus aegyptius 420 Haemophilus ducreyi 420 Haemophilus aphrophilus und weitere Pasteurella und Mannheimia Actinobacillus 422

9 Eikenella 42/ Capnocytophaga Cardiobacterium Gardnerella Spirochäten 42* Treponema 42^ Treponema pallidum subsp. pallidum 42f Treponema pallidum subsp. endemicum 425 Treponema pallidum subsp. pertenue 43( Treponema carateum 43( Treponema vincentii 43( Borrelia 431 Borrelia recurrentis 431 Borrelia duttonii 431 Borrelia burgdorferi, garinii und afzelii Leptospira 43! 2.14 Weitere gramnegative, gebogene und schraubenförmige Stäbchenbakterien 43( Campylobacter 43f Helicobacter 43: Spirillum und Streptobacillus 44( 2.15 Bacteroidaceae 44' 2.16 Rickettsiaceae 44: Rickettsia 44: Ehrlichia 44f 2.17 Chlamydiaceae 44 1 : Chlamydia psittaci 441 Chlamydia trachomatis 44! Chlamydia pneumoniae Mycoplasmataceae 45; Mycoplasma 45: Mycoplasma pneumoniae 45: Urogenitalmykoplasmen 45' Mundhöhlenmykoplasmen 45! 1 Allgemeine Mykologie 458 Teil E 1 Allgemeine Mykologie Bedeutung 45! Allergie 45! Intoxikation 45! Mykotoxine 45! Infektion 46i 1.2 Merkmale und Klassifikation Nomenklatur Strukturen 46 Zellulärer Aufbau, 46 Morphologische Grundformen Diagnostik 4& Mikroskopischer Nachweis 46' Kultureller Nachweis 4& Molekularbiologischer Nachweis Antigennachweis Serologischer Nachweis Klinische und bildgebende Verfahren 46'

10 XIII 1.4 Therapie Antimykotika 466 Polyene 466 Azole. 467 Allylamine 467 Echinocandine 468 Antimetabolite 468 Griseofulvin Resistenzen 468 Mechanismen 468 Resistenzbestimmung Medizinisch relevante Pilze Medizinisch relevante Pilze Dermatophyten Sprosspilze Candida Andere Sprosspilze. 479 Cryptococcus neoformans 479 Trichosporon 481 Malassezia Schimmelpilze Aspergillus Penicillium Andere Schimmelpilze Schwärzepilze (Dematiaceen) Zygomyzeten Dimorphe Pilze Histoplasma capsulatum Blastomyces dermatitidis Coccidioides immitis Außergewöhnliche Pilze Pneumocystis jiroveci (Pneumocystis carinii) Sporothrix Teil F Allgemeines 498 Klassifikation 498 Nachweis 498 Bedeutung 499 Medizinisch relevante Protozoen Allgemeines Medizinisch relevante Protozoen Sporozoen 501 Plasmodien 501 Babesia 508 Toxoplasma gondii 509 Sarcocystis C 514, Isospora Cryptosporidium Blastocystis hominis Microsporidia Ziliaten Balantidium coli Rhizopoden 517

11 2.3.1 Pathogene Darmamöben 517 Entamoeba histolytica Pathogene frei lebende Amöben Flagellaten Trypanosoma 521 Trypanosoma brucei, 522 Trypanosoma cruzi Leishmania 525 Leishmania donovani 527 Leishmania tropica, Leishmania major 528 Leishmania mexicana, Leishmania brasiliensis, Leishmania peruviana Trichomonaden 529 Trichomonas vaginalis 530 Trichomonas hominis 531 Trichomonas tenax Giardia lamblia Allgemeines 536 Teil G 1 Allgemeines Einführung Diagnose von Wurminfestationen Anthelminthika Nematoda (Fadenwürmer) Nematoda (Fadenwürmer) Nematoden mit Darminfestationen Oxyuridae Enterobius vermicularis Ascarididae 541 Ascaris lumbricoides 542 Anisakis marina 544 Toxocara canis und Toxocara cati Ancylostomatidae 545 Ancylostoma duodenale, Necator americanus 545 Sonstige humanpathologische Hakenwurmlarven Rhabditidae 548 Strongyloides stercoralis 548 Strongyloides fuelleborni Trichuridae 549 Trichuris trichiura Nematoden mit extraintestinalen Infestationen Trichinella 551 Trichinella spiralis Filiariidae 552 Wuchereria bancrofti, Brugia malayi, Brugia timori 554 Loa loa 555 Onchocerca volvulus Spiruridae 557 Dracunculus medinensis Trematoda (Saugwürmer) Trematoda (Saugwürmer) Schistosomatidae 560 Schistosoma haematobium 562 Schistosoma japonicum, Schistosoma mekongi 563 Schistosoma mansoni, Schistosoma intercalatum 564 Schistosomatidae als Erreger der Zerkariendermatitis 565

12 3.2 Leberegel Opisthorchiidae Dicrocoeliidae Leberegel der Familie Fasciolidae 568 Fasciola hepatica Darmegel der Familie Fasciolidae 569 Fasciolopsis buski Lungenegel Paragonimidae Blutegel Cestoda (Bandwürmer) Cestoda (Bandwürmer) Pseudophyllidae 572 Diphyllobothrium latum Cyclophyllidae Taeniidae 573 Taenia saginata 573 Taenia solium Echinococcus 577 Echinococcus granulosus 577 Echinococcus multilocularis Hymenolepidae 579 Vampirolepis nana 579 Hymenolepis diminuta Teil H 1 Allgemeines Allgemeines Biologie der Arthropoden Medizinische Bedeutung der Arthropoden Giftwirkung Parasitismus Vektorfunktion Allergische Reaktion Psychische Reaktionen Prophylaktische Maßnahmen und Bekämpfung Wichtige, medizinisch relevante Arthropoden Wichtige, medizinisch relevante Arthropoden Klasse Arachnida (Spinnentiere) Zecken Milben 593 Sarcoptidae (Grabmilben) 593 Staubmilben 594 Vorratsmilben Klasse Hexapoda (Insekten) Ordnung Heteroptea (Wanzen) Ordnung Siphonaptera (Flöhe) 596 Tungidae (Sandflöhe) Ordnung Anoplura (Läuse) Ordnung Diptera (Zweiflügler) 600 Phlebotominae (Sandfliegen) 600 Culicidae (Stechmücken, Moskitos) 601 Simuliidae (Kriebelmücken) 602 Tabanidae (Bremsen) 603 Glossinidae (Tsetsefliegen) 603 Muscidae (echte Fliegen) 604 Erreger der Myiasis (Madenfraß) 604

13 Teil I 1 Einführung Einführung Arthritis Arthritis 60«3 Enteritis Enteritis 61i 4 Harnwegsinfektionen Harnwegsinfektionen 61 ( 5 Hepatitis Hepatitis 61! 6 Importierte Infektionen Infektionen bei Abwehrschwäche Importierte Infektionen 62; 7 Infektionen bei Abwehrschwäche 62' 8 Infektionen im Alter Infektionen während der Schwangerschaft/Geburt Infektionen im Alter 62( 9 Infektionen während der Schwangerschaft/Geburt Osteomyelitis Osteomyelitis 63! 11 Peritonitis Peritonitis 63! 12 Pneumonie Pneumonie 63" 13 Sepsis STD (sexually transmitted diseases) Sepsis 64! 14 STD (sexually transmitted diseases) 64! 15 ZNS-Infektionen ZNS-Infektionen Einführung 652 TeilJ 1 Einführung 65; 1.1 Grundlagen Grundvoraussetzungen für eine hohe Lebenserwartung Aktueller Stellenwert der Hygiene 65 2 Aufgabengebiete der Hygiene Aufgabengebiete der Hygiene 65! 2.1 Gesundheitserziehung Lebensmittelhygiene Trinkwasserhygiene Natürliche Wasserquellen Trinkwasser 65 Trinkwasser-Quellen 65 Erreger im Trinkwasser 65 Schadstoffe im Trinkwasser Aufbereitungsmethoden 66

14 2.4 Hygiene von Badewasser und Abwasser Badewasserhygiene Abwasserhygiene Umwelthygiene Epidemiologie Grundlagen : Persistenz von Erregern in der Umwelt und spezielle Reservoire Infektionsquellen bzw. Übertragungswege 664 Infektionswege und Infektionsketten Infektionsschutzgesetz (IfSG) Meldepflicht Quarantänekrankheiten Umgang und Transport von infektiösem Material Weitere Bestimmungen Krankenhaushygiene bzw. nosokomiale Infektionen Grundlagen Prophylaxe 671 Bauliche Maßnahmen 671 Organisatorische Maßnahmen Sterilisation und Desinfektion Sterilisation und Desinfektion Sterilisation Sterilisationstechniken 674 Thermische Sterilisation mit trockener Luft (Heißluftsterilisation) Thermische Sterilisation mit feuchter Luft (Wasserdampf): Autoklavieren 674 Gassterilisation 677 Sterilisation mittels energiereicher Strahlung Sonstige Verfahren mit eingeschränktem Einsatz Kontrolle der Sterilisiervorgänge Verpackung des sterilisierten Materials Desinfektion Arten der Desinfektion 679 Desinfektionsmaßnahmen am Patienten 679 Desinfektionsmaßnahmen am medizinischen Personal 681 Desinfektionsmaßnahmen in der Umgebung Desinfektionsverfahren 684 Thermische Desinfektionsverfahren 684 Chemische Desinfektionsverfahren Substanzen zur Desinfektion 686 Alkohole 686 Aldehyde 687 Phenole 687 Halogene 687 Sauerstoffabspaltende Verbindungen (Oxidanzien) 688 Oberflächenaktive Substanzen 689 Metalle und Metallsalze 690 Säuren und Laugen (Alkalien) 691 Alkylamine 691 Verschiedene 691

15 XVIII Inhalt 4 Impfungen Biologische Kriegführung bzw. Bioterrorismus Impfungen Passive Immunisierung Aktive Immunisierung Totimpfstoffe Lebendimpfstoffe Kombinations-Impfstoffe Impfpflicht Impfempfehlungen Impfdokumentation Unkonventionelle Impfungen Zukünftige Entwicklungen 70 5 Biologische Kriegführung bzw. Bioterrorismus Quellenverzeichnis 70 Sachverzeichnis 70