Schraubenbakterien, intrazelluläre und zellwandlose Bakterien Bettina Löffler Institut für Medizinische Mikrobiologie Universitätsklinikum Jena Wintersemester 2015/16
Spirochaetales (Schraubenbakterien) 0.2-3 µm dick, 4-30 (250) µm lang, Gram-negativ Geißeln (Endoflagellen) winden sich um einen Protoplasmaschlauch, enspringen an Enden und enden in der Mitte, darüber legt sich die äußere Zellmembran Beweglich durch Rotation Wie ein Bohrer Bewegung auch in sehr visköser Umgebung möglich Medizinisch relevante Gattungen: Treponema Borrelia Leptospira
Spirochaetales (Schraubenbakterien) Pathogenese: Schraubenfunktion Borrelia burgdorferi Borrelia burgdorferi Treoonema pallidum
Treponema Gattung Treponema Nicht pathogene Arten in der Mundhöhle, Intestinal- und Genitaltrakt Human pathogene Arten: Treponema pallidum Syphilis/Lues Treponema pallidum ssp. endemicum Bejel Treponema pallidum ssp. pertenue Framboesie Treponema pallidum ssp. carateum Pinta zarte, schwer anfärbbare Schraubenbakterien, sehr empfindlich, nicht anzüchtbar, in Gewebe vermehrbar, Generationszeit 30-35 h Pathogenes Prinzip ist Invasivität der Bakterien ins Gewebe und in Zellen Freisetzung von Gewebsantigenen Autoimmunität; intrazelluläre Persistenz möglich Weltweit verbreitet, Mensch ist der wesentliche Wirt
Treponema pallidum Syphilis: Geschichte, Bedeutung 15. Jh: Pandemie große Pocken in Europa und Asien mit hoher Virulenz 18./19. Jh: keine klare Unterscheidung zw. Gonorrhoe, weicher Schanker und Syphilis 1905: Darstellung der Treponemen im Dunkelfeldmikroskop 1910: Therapie der Syphilis durch das Arsenderivat Salvarsan 1928: Entdeckung des Penicillins durch A. Fleming Verbesserung der Syphilistherapie 1949: erster serologischer Test zu Syphilis Syphilis: Pathogenese Überwiegend sexuelle Übertragung Die Erreger können schnell die abgeschürfte Haut oder intakte Schleimhaut durchdringen und gelangen innerhalb weniger Stunden ins Blut und Lymphe systemische Infektion Langsames Wachstum und Persistenz im Gewebe
Treponema pallidum Primäre Syphilis (Lues I) IKZ: 2-5 Wochen An der Inokulationsstelle Primärläsion Schmerzlose, rasch erodierte Papel (Ulcus durum) + regionale Lymphadenitis (harter Lymphknoten) = Primärkomplex Hoch infektiöses Sekret möglich (bis 10 7 Keime /g Gewebe) Spontanes Abheilen nach 4-6 Wochen Dunkelfeldmikroskopie
Treponema pallidum Sekundäre Syphilis (Lues II) Etwa 6 Wochen nach Abheilung der Primärläsion Vielgestaltige Haut- und Schleimhaut-Ausschläge mit generalisierter Lymphadenopathie durch Ausbreitung der Bakterien Ausschlag: makulären, papulären, papulosquamösen Syphiliden Bei betroffenen Haarfollikel: fleckiger Haarausfall, Augenbrauenverslust Erodierte Papeln hochinfektiöse Läsionen Condylomata lata Allgemeinsymptome und Organbeteiligung möglich: Fieber, Kopfschmerzen (Meningitis), Gewichtsverlust
Treponema pallidum Tertiäre/Späte Syphilis (Lues III) Nach Latenzzeit (Monate bis Jahre/Jahrzehnte) Organmanifestation (sehr vielseitig): Kadiovaskuläre Syphilis: Endarteriitis obliterans der Vasa vasorum Medianekrose im Aortenbogen (Aneurysmen) Neurosyphilis: Liquorveränderungen (Pleozytose, Liquoreiweiß ) Generalisierte Paresen Tabes dorsalis: Demyelinisierung von Hinterhornganglien) vielfältige neurologische Symptomatik Organmanifestation durch Gummen-Bildung: unspezifisches Granulationsgewebe mit zentraler Nekrose umgeben von mononukleären Zellen, möglich in Haut, Knochen, Leber, Narbenbildung und Gewebedestruktion
Treponema pallidum Connatale Syphilis T. pallidum ist diaplazentar übertragbar je frischer die Syphilis der Mutter, desto infektiöser für das Kind Abort im 7. 8. Monat Schäden treten erst auf, wenn sich die Immunkompetenz des Fetus zu entwickeln beginnt Pathogenese von Wirtsimmunantwort abhängig Floride Syphilis des Neugeborenen (Rhinitis, mukokutane Läsionen) Syphilis connata tarda Hutchinsonsche Trias: Zahndeformitäten; abnormes Gesicht mit Sattelnase; Säbelbeine
Treponema pallidum Syphilis; Diagnose, Therapie Primärpräparat: Dunkelfeld-Mikroskopie: ohne Färbung an lebenden Bakterien Serologischer Suchtest: TPHA ELISA (IgG, IgM) Bestätigungsreaktion: FTA-Abs-Test Westernblot Verlaufskontrolle: VDRL-Test (quantitativ) Therapie: Penicillin G als Kurzzeitinfusion, auch in der Schwangerschaft cave: Jarnisch-Herxheimer-Reaktion Westernblot
Borrelia Gattung Borrelia Borrelia burgdorferi Borrelia garinii Borrelia afzelii Borrelia spielmanii Borrelia recurrentis Borrelia duttoni Lyme Disease Überträger: Zecken Reservoir: Wild, Mäuse,Vögel Läuse-Rückfallfieber (Europa) Zecken-Rückfallfieber (Afrika) Borrelia: Pathogenese Bakterien werden in die Haut inokuliert, durch Stich oder Kratzen, Ausbreitung in der Haut, später über Lymphe oder Blut Borrelien ändern ihre Oberflächenantigene (Antigenshift) immunologische Abwehr passt nicht mehr erneute Vermehrung der Erreger möglich
Borrelia burgdorferi Lyme-Borreliose: Geschichte, Bedeutung 1977: im Bezirk Lyme des US-Staates Connecticut wurde vermehrt akute Arthritis diagnostiziert, deren Ätiologie unklar war. 1981: als Ursache bisher unbekannte Borrelien beschrieben 1984: B. burgdorferi nach dem Entdecker benannt Lyme-Borreliose: Pathogenese Durch Zeckenstich übertragen Borrelien induzieren bei Endothelzellen Transzytose Eindringen in Gewebe und intrazelluläre Persistenz Chronisch verlaufende Infektionskrankheit Epidemiologie Überall auf der nördlichen Erdhalbkugel verbreitet; endemische Herde existieren; verschiedene Arten von Zecken als Überträger (bis 5-10% der Larven und 10-40% der Nymphen und Adulten befallen)
Borrelia burgdorferi Lyme-Borreliose: Klinik Stadium 1: Erythema migrans (nach Tagen (kann fehlen oder wird nicht bemerkt) Deutschland: 60 000 Neuerkrankungen im Jahr Stadium 2 (nach Wochen): Bannwarth s Syndrom - radikuläre Schmerzen Gelenke, Muskel) - periphere Paresen - entzündlicher Liquor - Hörsturz, Rhythmusstörungen, - Meningitis Stadium 3 (nach Jahren): Lyme-Arthritis, Chronische Enzephalitis (sehr selten, MS-ähnlich), Acrodermatitis chronica atrophicans
Borrelia burgdorferi Lyme-Borreliose: Diagnose, Therapie, Prophylaxe Lyme-Borreliose ist ganz wesentlich eine klinische Diagnose Erreger-Nachweis aus dem Erythema migrans PCR, Anzucht (nur in Speziallaboren) Antikörpernachweis: Screening: ELISA, IFT (nicht sicher im Stadium 1, werden erst später positiv); Serum-Liquor Paar Bestätigung: Immunoblot Therapie: Stadium 1: Amoxicillin oder Doxycyclin (oral) alle anderen Stadien: Ceftriaxon (Neuroborreliose) oder Makrolid-Antibiotika, Penicillin Prophylaxe: Entfernen der Zecken innerhalb 24 h, sonst höhere Übertragungsrate Impfung steht nicht zur Verfügung!
Borrelia recurrentis Rückfallfieber Epidemisches Rückfallfieber wird durch die Kleiderlaus übertragen, das endemische über Zecken Klinik/Pathogenese: IKZ: 5-15 Tage Hohes Fieber für 3-7 Tage, danach plötzlicher Abfall; wiederholt auftretende Fieberepisoden Fieber: Borrelien sind im Blut; Fieber-freie Phasen: Borrelien vermehren sich im Gewebe, Aufnahme durch Transzytose Diagnose: Dunkelfeldmikroskopie aus Blut während der Fieberphase abgenommen Therapie: Doxycyclin oder Makrolide Epidemiologie: Beseitigung der Läuse habe das Vorkommen des epidemischen Rückfallfiebers stark gesenkt; endemisches Rückfallfieber in Afrika, Asien, Amerika noch verbreitet
Leptospira interrogans Morbus Weil Zarte Schraubenbakterien (0,12µm X 40µm), sehr beweglich, streng aerob, in Wasser und Boden lange lebensfähig Infektion durch kleine Hautdefekte oder unverletzte Schleimhaut, Infektionen häufig in Gewässern Erreger gelangen hämatogen in viele Organe vielfältige Symptomatik IKZ: 5 14 Tage, 2 Krankheitsphasen: 1. Brutaler Krankheitsbeginn mit Fieber, Wadenschmerzen, Sepsis 2. Nach vorübergehenden Rückgang des Fiebers Organmanifestation in Leber, Niere, Meningen Schwere Verlaufsform: Morbus Weil: Ikterus, Nephritis, Meningitis, Letalität 25%, Überträger: Ratte
Leptospira interrogans Morbus Weil: Diagnose, Therapie Erregernachweis nur im ersten Krankheitsstadium möglich (wird verpasst) Antikörper-Nachweis nach 10 Tagen möglich mit Agglutinations- Lysis-Test Therapie: Möglichst vor dem 4. Krankheitstag mit Penicillin, Cephalosporinen oder Doxycyclin, ansonsten symptomatische Therapie Besonders gefährdet: Kanalarbeiter, Wassersportler, Gartenarbeit
Fusospirochäten Angina-Plaut-Vincenti Meist einseitige Tonsillitis mit eitrigem Belag Diagnose: Mischkultur aus Fusobakterien und Treponemen; Präparat und Mikroskopie Therapie: Penicillin Noma Schwere, destruierende Fusospirochätose, insbesondere bei Proteinmangel (Unter- und Mangelernährung in Entwicklungsländern) Diagnose/Therapie: s.o.; Erfassung und Verbesserung der allg. Situation
Intrazelluläre und zellwandlose Bakterien Rickettsien, Coxiellien und Chlamydien können sich nur intrazellulär in Wirtszellen vermehren Elementarkörperchen: nicht vermehrungsfähige, relativ umweltresistente Formen Retikularkörperchen: vermehrungsfähige intrazelluläre Formen Mykoplasmen haben keine Zellwand Vielgestaltigkeit des Erregers Keine Anfärbung Empfindlich Sind auf ihren Wirt angewiesen, nicht intrazellulär
Rickettsien Übersicht: Erreger und Krankheitsbilder der Rickettsiosen Fleckfieber - Gruppe R. prowazekii R. typhi R. rickettsii R. akari R. conorii R. sibirica R. australis R. japonica R. tsutsugamushi Epidemisches Fleckfieber sporadisches Fleckfieber Murine typhus Zecken Fieber - Gruppe Rocky Mountain spotted fever Rickettsien Pocken Boutonneuse fever Sibirisches Fleckfieber Australisches Fleckfieber Orientalisches Fleckfieber Busch-Fieber (Scrub typhus) Südamerika und Afrika (weltweit) USA weltweit Westliche USA USA, Russland Mittelmeergebiet, Afrika, Indien, Sibirien Australien Japan Asien, Nordaustraliaen, Pazifische Inseln
Rickettsien Fleckfieber Gram-negative, kokkoide Stäbchen, obligat intrazellulär Pathogenese: Inokulation der Bakterien durch Kleiderlaus, Befall des Gefäßendothels, petechiale Blutungen IKZ 10 bis 14 Tage hohes Fieber, Schüttelfrost, Kopfschmerzen, Exanthem, Somnolenz, Stupor, Pneumonie Letalität nach Alter bis 60 % Diagnose: klinisch, serologisch Immunoblot, IFT, evtl. PCR Therapie: Doxycyclin Prophylaxe: Entlausung, Meldepflicht Plakat aus Sowjetischer Besatzungszone 1945
Coxiellien Coxiella burnetii obligat intrazelluläres, Gram-negatives Bakterium Erreger des Q-Fiebers: IKZ 20 Tage, infektiöse Elementarkörperchen in der Umwelt respiratorische Infektion mit atypischer Pneumonie, (Endokarditis) Diagnose: ELISA, Erregernachweis evtl. PCR Therapie: Doxycyclin Epidemiologie: Verbreitung bei Schafen, Ziegen, Rindern, Infektion durch Milch, Sekrete, Kot und Staub Meldepflicht Q-Fieber-Epidemie Holland 2009-2010: 36 000 Ziegen erkrankt und gekeult 2300 erkrankte Personen, sechs Todesfälle Q-Fieber-Ausbruch in Jena Juni/Juli 2005, mehrere Fälle von schweren Lungenentzündungen
Chlamydien Übersicht obligat intrazelluläre, Gram-negative Bakterien humanpathogen: Chlamydia trachomatis Chlamydia pneumoniae Chlamydia psittaci Chlamydia abortus Simkania negevensis Trachom, Einschlußkonjunktivitis, Genitalinfektionen, Lymphogranulom venereum Pharyngitis, Bronchitis, Pneumonie Ornithose Diagnose: - Erregernachweis (Antigen-Nachweis oder PCR) - Erregeranzucht (in Zellkulturen) - Antikörpernachweis (z.b. ELISA, Immunoblot) Therapie: Doxycyclin oder Makrolide Wirtszelle mit Chlamydien
Chlamydien Chlamydia trachomatis Trachom: follikuläre Keratokonjunktivitis, vernarbende Hornhautschäden bis zur Erblindung, häufig in tropischen Ländern Einschlußkonjunktivitis: akute eitrige Konjunktivitis, die Neugeborene, aber auch Kinder und Erwachsene erwerben können (Schwimmbadkonjunktivitis).
Chlamydien Chlamydia trachomatis Urogenitalinfektionen: Häufige Infektionen bei Mann und Frau, viele asymptomatische Träger; beim Neugeborenen eine perinatale Infektion (Chlamydien-Pneumonie) möglich Lymphogranuloma venereum: sexuell übertragbare Erkrankung, Geschwür mit begleitender Lymphadenitis, gehäuft in warmen Klimazonen
Chlamydien Chlamydia pneumoniae Pharyngitis, Bronchitis, Pneumonie: anfangs hartnäckige Halsschmerzen; langwierige uncharakteristische Symptome Mensch ist Reservoir. Tröpfcheninfektion Atypische Pneumonie
Chlamydien Chlamydia psittaci Ornithose: respiratorische Infektion, interstitielle und atypische Pneumonie Zoonose: Infektionsquelle sind meist papageienartige Vögel; Übertragung der Erreger durch Kontakt mit Vogelmist Taubenzüchter Ornithose Atypische Pneumonie
Mycoplasma, Ureoplasma Übersicht Zellwandlose Mikroorganismen (L-Formen = Bakterien mit inkompletter Zellwand) Pathogenese: Adhäsine, Verformbarkeit, Bildung von H 2 O 2, Proteasen, Urease, Abwehrreaktionen des Wirtes tragen zur Pathogenese der Infektion bei! humanpathogen: Mycoplasma pneumoniae: Ureaplasma urealyticum Mycoplasma hominis Ureaplasma parvum Respirationstrakt Urogenitaltrakt Erreger sind adhärent an Epithel Zerstörung des Epithels
Mycoplasma Atypische Pneumonie IKZ: ~ 20 Tage Tracheo-Bronchitis (häufig im Vorschulalter), atypische Pneumonie, Otitis media Fieber, Kopfschmerzen, hartnäckiger unproduktiver Husten Diagnose: (Errgernachweis in der Kultur), Antikörpernachweis Therapie: Makrolide, Doxycyclin oder Fluorchinolone (mind. 10-14 Tage) Folgeerkrankungen möglich
Zusammenfassung: Spirochäten und intrazelluläre bzw zellwandlose Bakterien Spirochäten Treponema pallidum: Erreger der Syphilis Borrelia burgdorferi: Erreger der Lyme-Borreliose Leptospira interrogans: Morbus Weil verschiedene Krankheitsstadien durch Eindringen und Persistenz der Erreger in den Wirtsorganismus, Befall von verschiedenen Organen Gewebezerstörung Intrazelluläre Bakterien: benötigen die Wirtszelle für die Vermehrung Rickettsien: Fleckfieber Coxiellien: Q-Fieber Chlamydien: Trachom, urogentiale Infektionen, atypische Pneumonie Zellwandlose Bakterien: Mykoplasma: atypische Pneumonie Ureoplasma: urogenitale Infektionen
Einteilung der bakteriellen Erreger nach ihrer Pathogenese
Rein Toxin-vermittelte Erkrankungen Der Erreger tritt nicht in den Wirt ein meist selbstlimitierend Diagnose: Erregernachweis, keine Antibiose Therapie: nur symptomatisch Beispiele: S. aureus Enterotoxin Lebensmittelvergiftungen E. coli: enteropathogene B. cereus: Lebensmittelvergiftung V. cholerae Salmonellen (enteritisch)
Invasive Infektionen durch Toxin-bildende Keime Der Erreger tritt in den Wirt ein Proliferation und Toxin-Bildung Toxin breitet sich im Körper aus und verursacht Schaden Infektiologischer Notfall: Therapie: bakterizide Antibiose + ggf. Inaktivierung des Toxins (Clindamycin, Immunglobuline) Beispiele (viele Erreger) + ggf. Operation bei großen Gewebeschaden S. aureus Superantigene, PVL S. pyogenes Superantigene Meningokokken: Meningitis Pneumokokken: Meningitis H. influenzae: Epiglottitis B. pertussis: Pertussis C. diphteriae: Diphterie Salmonellen (Typhös) Shigella E. coli (enteroinvasiv) B. anthracis Clostridien tetani, perfringens
Invasive Infektionen durch niedrig virulente Keime bei Immunsuppression Das Gleichgewicht zwischen kolonisierenden Keimen und der Immunabwehr ist gestört Niedrig virulente Keime (Opportunisten) haben eine Chance Therapie: Antibiose Problem: häufig Multiresistenzen, Persistenzstrategien Beispiele (viele Erreger) Enterokokken Gram-negative Enterobacteriacae (Pseudomonaden, Acintobacter, Enterobacter, Serratien, ) Legionellen Listerien Atypische Mykobakterien Zoonosen (uncharakteristische Symptome) Konnatale Infektionen
Fremdkörper-assoziierte Infektionen Der Erreger adhäriert an den Fremdkörper und bildet Biofilm Therapie mit Antibiose ist fast immer erfolglos (außer ganz in der Frühphase) Therapie: Entfernung des Fremdkörpers Beispiele S. epidermidis S. aureus Enterokokken Probrionibakterien Corynebakterien Pseudomonaden, Acinetobacter,
Chronische bakterielle Infektionen Der Erreger dringt in den Wirtsorganismus ein (auch intrazellulär) Langzeitpersistenz über Monate und Jahre Mechanismen: SCV-Bildung, Granulome Wiederholte Reaktivierung der Infektion möglich Organ und Gewebeschäden Schwierige und lange Therapie notwendig, Bakterien können während der Persistenz tolerant gegen Antibiotika werden Therapie: Kombinationen von Antibiotika + ggf. chirurgische Eingriffe Beispiele Osteomelitis (z.b. durch S. aureus) M. tuberculosis Treponemen Borrelien