Grundlagen der Physiologie Humanpathogene Mikroben und Viren www.icbm.de/pmbio Keimzahlen der menschlichen Bakterienflora Körperteil Anzahl Bemerkung Haut 10 2-10 4 cm -2 Speichel 10 9 ml -1 Zahn-Plaque 10 11 ml -1 70 % des Materials Magensaft 10 2 ml -1 ph = 1.5 Dünndarm 10 7 ml -1 100 m 2 Dickdarm 10 11 ml -1 weibl. Genitaltrakt 10 8 ml -1 ph = 3.5, 90 % Anaerobier, auch Hefen, eventuell Protozoen (siehe auch www.icbm.de/pmbio unter 'Click of the week') 1
Resistenz unspezifsch vorhandene Abwehrmechanismen (z. B. Haut, Schleim, niedriger ph-wert, Lysozym, Eisenlimitierung) Immunität spezifische erworbene Mechanismen (Antigen Antikörper) Infektion o Eindringen von Mikroben oder Viren in den Wirt, z.t. in Zellen des Wirts Entzündung o Reaktionen des Wirts (nicht nur bei Infektionen) z.b. Fieber, Apoptose (programmierter Zelltod), septischer Schock Pathogenität o Leiden durch Infektion oder durch freigesetzte Toxine 2
Pathogenitätsfaktoren (z.b. Salmonella) o Krankheitserreger sind Spezialisten o Fimbrien: Anlagerung an Wirtszelle o Antigene an Geißeln & Zelloberfläche: hemmen Fresszellen o Endotoxin in der Lipopolysaccharidschicht: löst Fieber aus o Enterotoxin: löst Durchfall aus o Cytotoxin: hemmt Proteinsynthese der Wirtszelle o Virulenzplasmid: genetische Information für mehrere der Faktoren o Siderophore: gewinnen schwer verfügbares Eisen 3
Vorgänge bei einer Ruhr-Infektion. Die Erreger durchwandern M-Zellen im Darmepithel und werden von Makrophagen phagocytiert, können aber die Phagosomen auflösen, wodurch eine Apoptose der Makrophagen ausgelöst wird. Durch dabei freigesetzte Cytokine angelockte Granulocyten greifen ein, phagocytieren Shigellen, öffnen aber auch einen Weg zur Penetration der Epithelzellen von hinten. Aufgenommene Shigellen können wiederum Phagosomen lysieren und sich im Plasma der Epithelzellen vermehren 4
Vorgänge bei der Vermehrung des HI-Virus. (1) Anheftung an CD4-Rezeptor, (2) Verschmelzen mit Wirtszellenmembran, (3) Freisetzung des Capsid-Inhalts, (4) Umschreibung von RNA in DNA, (5) Bildung des komplementären DNA-Strangs, (6) Eindringen in Zellkern, Integration in Wirts- Chromosom, (7) Transkription der Virus-DNA als mrna, (8) Translation der Virusgene, Verpackung der mrna und Proteine in Capsid, Einbau der Glykoproteine in Membran, (9) Freisetzung neuer Viren Pathogene Protozoen o verursachen die viele der Todesfälle durch Infektionen unter den Menschen o Malaria >100 Millionen Fälle pro Jahr, durch Plasmodien ausgelöst, Übertragung durch Anopheles-Mücke, Befall von Leberzellen und roten Blutkörperchen o Schlafkrankheit wird von Trypanosomen, die extrazellulär im Blut leben o Amöben-Ruhr durch Entamoeba histolytica hervorgerufen 5
Pathogene Pilze und Algen o nur etwa 100 von 120 000 Arten Krankheitserreger des Menschen o oft opportunistische Sekundärinfektionen mit Hefen (z.b. Candida). o Infektionen der Haut mit Pilzen (Dermatomykosen, z.b. Fußpilz) o Allergien durch Pilzsporen o Gefährlich vor allem Mykotoxine, z.b. von Aspergillus flavus beim Wachstum auf Erdnüssen gebildete Aflatoxine oder Mutterkorn-Alkaloide, die durch Claviceps purpurea gebildet werden o Chrysochromulina spec. als Toxinbildner in Algenblüten Viroide und Prionen o Viroide RNA-Stücke mit z.b nur 359 Nukleotiden Pflanzenkrankheiten, Viroid unter Absterben der Wirtszelle vermehrt o BSE (bovine spongiform encephalitis), Traberkrankheit der Schafe (Scrapie), Creutzfeldt-Jakob-Krankheit neuartiges Prinzip der Krankheitsübertragung Prionenprotein kommt in gesunden Gehirnzellen vor, im pathogenen Fall veränderte Form, bringt als Effektor Gehirnzellen dazu, nun die veränderte Form zu produzieren. Die wird nicht wie die normale Form in die Membran eingebaut werden, sondern fällt, im Übermaß gebildet, im Cytoplasma aus o keinerlei Nukleinsäuren an der Übertragung beteiligt - ein bisher in der Biologie einzigartiger - und noch nicht zweifelsfrei geklärter- Fall. 6
Bekämpfung von Infektionskrankheiten o Nachweis des Erregers: - Kochsche Postulate fordern: Erreger isolieren, auf gesunden Wirt übertragen, dadurch Krankheit auslösen, Erreger reisolieren - Zunehmend immunologisdcher und molekuarbiologische Methoden o Viruserkrankungen: Immunsystem unterstützen, Impfen, Hemmung viruspezifischer Enzyme (z.b. reverse Transkriptase, AZT) o Bakterien: Hemmung Bakterien-spezifischer Enzyme, Auflösung von Zellwänden, Antiobiotika (Resistenzprobleme durch horizontalen Transfer von Resistenz-Plasmiden) o Eukaryoten: nicht einfach zu bekämpfen 7