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Gram-negative Stäbchen Gastrointestinaler Infektionen; Enterobakterien Bettina Löffler Institut für Medizinische Mikrobiologie Universitätsklinikum Jena
Wintersemester 2015/16
Gastrointestinale Infektionen
Ösophagitis
Gastritis
Enteritis Colitis
Helicobacter pylori • Spiralig gekrümmtes, Gram-negatives Stäbchen mit lophotricher Begeißelung • Fäkal-oral übertragen und kolonisiert die oberste Schicht der Magenmukose; tiefere Schichten Infektion • Von dem Pathologen Warren und dem Internisten Marshall aus dem Magen von Gastritis-kranker Patienten isoliert.
Virulenz
Virulenzfaktor
Funktion
Begeißelung
Fördert Kolonisation
Urease
Neutralisiert Magensäure
Helicobacter outer membrane proteins (HOP)
Adhärenz an Epithel
Zytotoxin Vac A
Zerstört Mucosazellen
cagA; Typ iV-Sekretionssystem
Beeinflussung von Epithezellen
Helicobacter pylori Assoziierte Erkrankungen • Gastritis Typ B (mäßig klinische Symptome) • Ulcera des Duodenums und Magens • Chronisch-atrophische Gastritis • Adenokarzinom des Magens • Mukosaassoziiertes Lymphom der Magenschleimhaut (MALT-Lymphom)
Diagnostik • Endoskopische Biopsien (Urease-Test, Hisologie, Kultur, PCR) • Indirekte Verfahren (Atemtest, Stuhl-Antigen ELISA)
Therapie/Epidemiologie • Bei klinische Symptomatik • Protonenpumpenblocker + Amoxicillin + Clarithromycin • Prävalenz: 5-25%, höher bei Migranten
Gastrointestinale Infektionen Enteritis
Kolitis
Dünndarm
Dickdarm
Enterotoxin
Zytotoxin
Erbrechen/Durchfall
Durchfall
Stuhl: wässrig kaum Enzündung
Stuhl: blutig/schleimig viel Enzündung
Paradigma: Cholera
Paradigma: Bakterielle Ruhr
Gastrointestinale Infektionen Pathogenese
orale Aufnahme Adhäsion an Mukosa
Enterotoxinbildung (extrazellulär)
1. Zytotoxinbildung 2. Mukosazellinvasion
H2O u. Elektrolytverlust
Entzündung + Nekrose
Campylobacter • Humanpathogen: C. jejuni, C. coli, C. fetus • Pathogenese: • Invasion: Enterokolitis mit Durchfall (auch blutig) Spontanheilung • C. fetus: Invasion Bakteriemie Sepsis, Meningitis (bei Immunsuppr.)
Diagnostik • Kultur Therapie/Epidemiologie • Makrolide, Flourchinolone (bei schweren Verläufen) • Weltweit unter den häufigsten Erregern der Enteritiden
• Übertragung durch Tiere, Lebensmittel, Trinkwasser
Folgekrankheiten • Konjunktivitis, Polyarthritis, Urethritis
Vibrio cholerae Cholera • Gram-negative, leicht gekrümmte Stäbchen • Humanpathogen: V. cholerae, Serovar O1, O139 • Mensch ist einzige Infektionsquelle, Übertragung direkt oder über Wasser, Nahrungsmittel • Pathogenese: orale Aufnahme, IKZ 2-5 Tage, massive wässrige Diarrhoe durch Choleratoxin; durch Alkalitoleranz Vermehrung der Keime im Duodenum • Toxin-regulierte Pili (TCP): Adhärenz an Darmzellen, keine Invasion der Mukosa • Choleratoxin (CT); AB-Toxin: Aktivierung der Adenlytacyclase cAMP vermehrte Sekretion von Cl- und Wasser
Epithelzelle
Vibrio cholerae Cholera: Klinik • Massive Ausscheidung von Elektrolyten und Wasser (bis zu 20l/Tag) • Breiig, immer wässriger werdender Stuhl („Reiswasserstuhl“), Erbrechen
• Großer Flüssigkeitsverlust: Krämpfe, Heißerkeit, Blutdruckabfall, bis Anurie, Kreislaufkollaps • Häufig sind auch leichte Verlaufsformen
Vibrio cholerae Diagnose • Mikroskopische Schnelldiagnostik: aus Reiswasserstuhl; Nativpräparat, um die Beweglichkeit der Vibrionen zu sehen • Kultureller Erregernachweis: Empfindliche Erreger, schneller Transport, Anreicherung in alkalischen Peptonwasser, TCBS-Agar
Therapie • Ausgleich des Wasser- und Elektrolytverlustes
• Evtl. Antibiotika (Tetrazycline): vermindern die Erregerausscheidung • Expositionsprophylaxe
Enterobakterien • Schließen ein: Salmonella, Escherichia, Shigella, Edwardsiella, Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella, Serratia, Yersinia, Hafnia, Proteus, Plesiomonas • Gram-negative, zum Teil bewegliche, sporenlose Stäbchen • unterscheidbar nach biochemischen Leistungen, molekularer Zusammensetzung, an Hand der Virulenzfaktoren oder an Hand der Massenspektren (MALDI-TOF)
Salmonella Überblick: Salmonella enterica • humanpathogene Salmonellen gehören zur Ssp. enterica I • Typhöse Salmonellen: Erreger systemischer Infektionen Infektionsquelle: Mensch S. typhi, S. paratyphi A, B, C, Infektionsquelle: Lebensmittel (S. enteritidis, S. typhimurium und einige andere bei immunschwachen Personen, v.a. < 1 Jahr und > 60 J.)
• Enteritis-Salmonellen: Erreger von Gastro-Enteritiden Infektionsquelle: Lebensmittel, Nutztiere S. enteritidis, S. typhimurium, S. dublin, S. rostock, S. kahla und viele andere • nur bei Tieren vorkommende Salmonellen
Salmonella Einteilung: Salmonella enterica
Einteilung nach biochemische Leistungen: Glukose + Lactose H2S + Beweglichkeit +
Einteilung nach Antigenen der Zellwand (O), der Kapsel (K) und der Geisel (H) Einteilung durch Agglutination Kauffmann-White-Schema : (Antigen-Formel) SEROVAR
Salmonella Wichtige Virulenzfaktoren
Virulenzfaktor
Funktion
Kapsel (K-Antigene)
Schutz, Widerstand gegen Umwelteinflüsse
Geisel (H-Antigene)
Beweglichkeit
Adhäsine (Fimbrien, Fibrillen)
Bindung an Epithelzellen/M-Zellen des Dünndarms
Invasine (Typ III-Sekretionsapparat) SopE, SptP, SPI-3, SipB
Aufnahme in Wirtszellen und intrazelluläres Überleben Transzytose hämatogene, lymphogene Streuung
Toxine: LPS Enterotoxin
Inflammation
Persistenzstrategien (Biofilm?, SCVs?)
Langzeitinfektionen
Salmonella Typhus (typhoid fever)
• Salmonella Typhi Salmonella Paratyphi A, B, C,
• Zyklische Infektion: •
Inkubation 1 – 2(3) Wochen (Internalisierung in M-Zellen, Invasion der Peyerschen
•
Generalisation (Bakteriämie, Fieber, Eintrübung, rel. Bradykadie, Leukopenie,
•
Organmanifestation (Typhome, Roseolen, Myokarditis, Enzephalitis, Pneumonie,)
•
Erst ab 3. Woche tritt Diarrhoe ein, evtl. Darmblutungen durch Ulcera der Mukosa, Ausscheidung der Erreger im Stuhl
•
Nachfolgend Elimination (Stadium decremendi) Fieberabfall über 1 – 2 Wochen
Plaques, primäre Bakteriämie)
Obstipation)
• Komplikationen: akut: Perforations-Peritonitis, Blutungen Herzversagen, Endotoxin-Shock
chronisch: chronische bakterielle Persistenz in der Gallenblase Dauerausscheider
Salmonella Typhus (typhoid fever): Diagnose • Erregernachweis:
- Lebensmittel - Blutkultur ab 1. Krankheitswoche - Urin ab 1. Krankheitswoche (wie Blutkultur) - Stuhl während IKZ, ab 2. Woche (cave: Dauerausscheider!) • Antikörpernachweis: ab Ende 1. oder ab 2. Woche
Typhus (typhoid fever): Therapie und Prophylaxe • Ciprofloxacin, Ceftriaxon, (Chloramphenicol) Sanierung von Dauerausscheidern mit Antibiotika allein nicht möglich Cholezystektomie! • Prophylaxe:
- Überwachung von Personen aus Epidemiegebieten - Erfassung der Dauerausscheider - Schutzimpfung - Meldepflicht
Salmonella Enteritis • Erreger-Reservoir: Nutz- und Wildtiere geringere Adaptation an den Menschen • Infektionsdosis: 103 – 105 (Anreicherung im Lebensmittel erforderlich) • akute Gastroenteritis, IKZ: 5-72 Std. Übelkeit, Erbrechen, breiig-wässriger Durchfall, Fieber, Kopfschmerzen • Typhöse Verlaufsformen: < 1Jahr > 65 Jahre, schwere systemische Verläufe bei AIDS oder Immunsuppression • Komplikationen:
Hämodynamische Folgen des Wasserverlustes Osteomyelitis, septische Arthritis, Endokarditis
• Diagnose: Erregernachweis im Lebensmittel, Stuhl • Therapie: Wasser- und Elektrolyt-Ersatz, Antibiotika nur bei Komplikationen • Prophylaxe: Lebensmittelhygiene (z.B. Verwendungsverbot für Roheimasse in Gemeinschaftsküchen) Meldepflicht
Shigella Erreger der bakteriellen Ruhr; Überblick, Virulenz Shigella dysenteriae: 13 Serotypen, Tropen, Mittelamerika Shigella boydii: 18 Serotypen, Vorderasien, Nordafrika Shigella flexneri: 16 Serotypen, Europa, Asien, Nordafrika Shigella sonnei: serologisch einheitlich, Europa, weltweit
• Ruhr kommt weltweit vor und tritt sporadisch oder epidemisch (unterentwickelte Länder) auf. • Infektionsquelle ist immer der Mensch • Erkrankte scheiden bis zu 6 Wochen nach Krankheit die Erreger aus. • Übertragung: direkt (Schmierinfektion) oder indirekt (über Lebensmittel, Wasser, Fliegen)
Shigella bakteriellen Ruhr; Virulenz und Pathogenese
Virulenzfaktor
Funktion
Adhäsine und Invasine (Ipa)
Einwanderung in Colonepithelzellen, M-Zellen Intra-/interzelluläre Mobilität
Endotoxine (LPS), Rauh-Formen apathogen
Inflammation
Toxine: Enterotoxin Neurotoxin bzw. Shiga-Toxin Stx (nur bei S. dysenteriae)
Inflammation, Zytotoxizität
Meningitische Krankheitsbilder
Shigella invadiert die Colonwand, insbesondere im Rektosigmoid. Ulzerationen der Schleimhaut Durchfall mit blutig-schleimigen Stuhl
Shigella bakteriellen Ruhr • IKZ: 2 – 5 Tage, zunächst wässriger, dann blutig-eitriger Stuhl, Tenesmen • Komplikationen: Kinder: HUS, Darmperforation, Sepsis, Meningitis
• Folgekrankheiten: reaktive Arthritis (Ruhr-Rheumatismus) Diagnose: Stuhl-Mikrobiologie, Verotoxin-Nachweis (Erreger sterben in Stuhlproben schnell ab!
Therapie: Wasser & Elektrolytausgleich, Antibiotika nur bei S. dysenteriae und S. flexneri Prophylaxe: Expositionsprophylaxe
Escherichia coli Überblick • ~170 O-Antigene, ~ 80 K-Antigene, 56 H-Antigene ~ 20 Fimbrientypen
•
Gram-negative peritrich begeiselte Stäbchen
•
normaler Darmbewohner von Mensch und Tier (Indikator für fäkale Kontamination) Serovare: O1, O2, O6, O18, F1
•
trägt zur Kolonisationsresistenz bei
•
pathogene E. coli-Stämme haben Virulenzfaktoren (Variabilität der Virulenzfaktoren);
•
Fakultativ pathogene E. coli-Stämme; apathogene E. coli-Stämme
Escherichia coli Virulenzfaktoren
Virulenzfaktor
Funktion
Kapsel (K-Antigene)
Schutz
Geisel (H-Antigene)
Beweglichkeit
Adhäsine (P-, Typ 1-, S-Fimbrien; afimbriale Adhäsine, Dr-Adhäsine (Afa E, Afa D))
Bindung an Epithelzellen
LPS
Inflammation
Toxine (z.B. a-Hämolysin, cytotoxic necrotising factor (CNF)
Zytotoxizität
Eisenfangsysteme (Aerobaktin, Enterochelin)
Wachstum
Escherichia coli Infektionen Übersicht
Extraintestinale Infektionen: • ExPEC (enteropathogen): Harnwegsinfektionen (UPEC), Meningitis/Sepsis bei Neugeborenen (MNEC), Wundinfektionen, Appendizitis, Peritonitis, Genitaltraktinfektionen
Intestinale Infektionen: • EPEC (enteropathogen): Diarrhoe durch Fimbrienschädigung • ETEC (enterotoxische): Diarrhoe durch Bildung eines Enterotoxins (Cholera-ähnlicher Mechanismus) • EAEC (enteroaggressiv): Diarrhoe durch Biofilmbildung auf Epithel • EIEC (enteroinvasiv): Diarrhoe durch Mucosainvasion, Dysenterieähnlicher Mechanismus) • EHEC (enterohämorrhagisch): hämorrhagische Kolitis durch Bildung von „Shiga-like-Toxinen“
Escherichia coli UPEC: Harnwegsinfektionen uropathogene E. coli
• wichtigster Erreger: Escherichia coli (UPEC) von Harnwegsinfektionen • wichtige Symptome: Dysurie, Fieber > 38°C, Flankenschmerz, Brennen beim Wasserlassen
• Diagnostik: Leukozyturie, Kreatinin, CRP, Urinsediment • Mikrobiologie: Mittelstrahl-Urin: 105/ml Erregertypisierung, Resistenzbestimmung, Hemmstoffnachweis Blutkultur!
• Therapie: unkomplizierte HWI: Trimethoprim-Sulfonamid, ansonsten möglichst nach Resistogramm, viel trinken
Escherichia coli SePEC: Sepsis E. coli; MNEC: Meningitis E. coli • Ausgangserkrankungen: HWI, Cholezystitis, Wundinfektion, Abszesse, Pneumonie, Drogenmißbrauch • Meningitis der Neugeborenen durch E. coli K1 (≈ N-CAM)
• Dringen durch Transzytose über Endothelzellen ins ZNS ein • Diagnose/Therapie: Blutkulturen, Fokussuche, Systemische Antibiose nach Resistogramm
Escherichia coli EPEC: enteropathogene E. coli
•
Virulenz: fimbriale /afimbriale Adhäsine (Intimin), Typ III Sekretionssystem (EspA-C), Hämolysine, kodiert auf Pathogenitäts-Insel und Plasmid
EPEC adhäriert und zerstört Mikrovilli der Enterozyten (Ileum)
•
IKZ 12 Std.- 6 Tage, profuse wässrige Durchfälle, Erbrechen
• •
Vorkommen: Kinder im 1. Lebensjahr Dyspepsie (Letalität 25-50 %) Therapie: Wasser- und Elektrolyt-Ersatz (evtl. Antibiotika)
Escherichia coli ETEC: enterotoxische E. coli
•
Virulenz: Hitze-labiles Toxin (LT-I) Hitze-stabiles Toxin (ST-I) Adhäsine (fimbrial:CFA/I, CFA/II, bundle forming pili uam. afimbrial: CS6 uam.)
Struktur und Funktion ähnlich dem Cholera-Toxin: stimuliert Adenylatcyclase, kann nicht abgeschaltet werden, cAMP , Sekretion von Cl-, Wasserausstrom Wässerige Durchfälle
•
Vorkommen: vorwiegend Entwicklungsländer, Kinder nach Abstillen
•
Reise-Diarrhoe: (Infektionsdosis 107-108/ml)
Escherichia coli EAEC: enteraggressive E. coli • Virulenz:
aaf/I, aaf/II (bundle forming pili) hitzelabiles Toxin (EAST,bei 40%) Plasmid-codiertes Toxin (Pet) sezernierte Serinprotease Autoaggression, Biofilmbildung auf der Oberfläche des Darmepithels
• Vorkommen: - unterernährte Kinder, Entw.-Länder • chronische Diarrhoe > 14 Tage
Escherichia coli EIEC: enteroinvasive E. coli • Virulenz: Ipa A-D (Plasmid-kodiert) Ipa C: Internalisierung Ipa B: Lyse der Vacuolen Enterotoxin (63 kDa-Protein, auch bei Shigellen) Penetrieren die Enterozyten des Kolons Intra- und interzellulären Motilität • • • •
Entzündungen Vorkommen: Nahrungsmittel, Wasser (vorwiegend Entwicklungsländer) Infektionsdosis höher als bei Shigellen! IKZ 2 – 4 Tage Ruhr-ähnliches Krankheitsbild
Escherichia coli EHEC: enterhämorrhagische E. coli Klinischer Fall I: • Tag 1: 24-jährige Patientin stellt sich in der Ambulanz vor, da sie seit dem Vortag starke wässrige Durchfälle hat, die nun blutig werden. Begleitet werden diese von krampfartigen Bauchschmerzen und ansteigendem Fieber. Blasse, kaltschweißige Haut, Puls 90/min, RR 110/80, Körpertemperatur 38,6 C rektal. Die Patientin gab an, am Tag zuvor in einem Restaurant gegessen zu haben. Zur Abklärung der blutigen Durchfälle wird sie stationär aufgenommen • Tag 3: Labor: Harnstoff 85, Kreatinin 3,4; Hb 7,1; Thrombozyten 70 000 Die Patientin wirkt verlangsamt, in ihrer Orientierung gestört und zeigt Sprachstörungen
Escherichia coli EHEC: enterhämorrhagische E. coli • Serovare O157:H7 ; O26:H11; … • Virulenz: Intimin evtl. weitere Adhäsine, Hämolysin Shiga-like Toxins: Stx1 u. Stx2 (Verotoxin, Phage!) Zerstörung von Enterozyten durch Proteinbiosynthese-Blockierung; EHEC bleiben im Darm, gelangen nicht ins Blut
Toxine gelangen hämatogen in andere Organe, Zelltod • Vorkommen: weltweit bei Rindern und anderen Schlachttieren • Übertragung: Nahrungsmittel/ fäkal- oral, • IKZ: 1-3 Tage
Escherichia coli EHEC: enterhämorrhagische E. coli
hämorrhagische Colitis, HämolytischUrämisches Syndrom (HUS) • Akutes Nierenversagen • Thrombotisch-thrombopenische Purpura • Intravasale Komplementaktivierung • Hämolytische Anämie tritt in 5-15% der EHEC Infektionen auf
Diagnose: Nachweis der Shiga-Toxine mit ELISA
Escherichia coli EHEC: enterhämorrhagische E. coli; Ausbruch 2011 mehr als 3800 Menschen waren erkrankt, 855 entwickelten ein HUS; 53 Menschen starben
Escherichia coli: O104: H4 Virulenz: Adhäsin: aaf-Gen, (bundle forming pili) Eisenfangsystem: iha-Gen pos. Intimin: eae-Gen neg. Shigatoxin: stx 2-Gen pos. Serinprotease SepA pos. Enterohämolysin negativ, Antibiotikaresistenzen: ß-Lactamasen: CTX-M (ESBL) Therapie: TEM (ESBL) - Wasser & Elektrolyte weitere Resistenzen: Tetracycline, - Hämofiltration Streptomycin, - ACE-Hemmer Trimethoprim/Sulfonamid
- Plasma-Austausch - keine Antibiotika, da Toxinausschüttung erhöht
Gastrointestinale Infektionen
Enteritis Vibrio cholerae Enteritis-Salmonellen ETEC Campylobacter sp.
Colitis Shigella EIEC, (EHEC) Campylobacter sp.
Klebsiella • Klebsiella pneumoniae, Subsp. pneumoniae Subsp. ozaenae Subsp. rhinoscleromatis Klebsiella oxytoca und weitere • Gram-negatives Stäbchen, unbeweglich, • gehören zur Normalflora des Darmes bei 10% der Menschen • Virulenzfaktoren: Polysaccharid-Kapsel (82 Typen) Adhäsine Eisenfangsysteme Antibiotika-Resistenz • Resistenz gegen: Aminopenizilline, ESBL Carbapeneme (Carbapenemasen: OXA-48, KPC, NDM-1) • Hospitalkeim: 3MRGN, 4MRGM !!!
Klebsiella • Pneumonie häufig sekundär oder als BeatmungsPneumonie • Sepsis • Wundinfektion, besonders nach Verbrennungen • Harnwegsinfektion, häufig sekundär • Assoziation Infektionen mit K. pneumoniae und Spondylitis ancylosans bei HLA-B27 möglich. • Therapie immer nach Antibiogramm!
Enterobacter • Enterobacter cloacae Enterobacter aerogenes und weitere • Gram-negatives Stäbchen, beweglich • Ubiquitär vorkommend, Erdreich, Wasser • Infektionen: HWI, Wundinfektionen, Pneumonie vorwiegend bei immunsupprimierten Patienten • wichtiger Hospitalismuserreger, häufig Multiresistenz • Therapie immer nach Antibiogramm!
Proteus-Gruppe • Proteus
mirabilis vulgaris penneri • Providencia stuartii rettgeri alcalifaciens • Morganella morganii Virulenzfaktoren: extreme Beweglichkeit, Urease, Adhäsine
Infektionen: • P. mirabilis: unkomplizierte HWI • Andere Arten: nosokomiale Infektionen, Cholezystitis, Wundinfektionen, Sepsis
Therapie: • P. mirabilis: meist breit sensibel • Andere Arten: häufig mehrfach resistent Antibiogramm
Serratia • V.a. S. marcescens in der Humanmedizin von Bedeutung • Ubiquitär vorkommend; Wasser, Erdboden, Nahrungsmitteln, Darmflora • Hospitalinfektionen: Harnwegs-, Atemwegs-, Wundinfektionen, Sepsis • Therapie: hohe natürliche Antibiotikaresistenz Antibiogramm erstellen
Weitere Hospitalkeime Infektionen: • Hafnia • Edwardsiella • ……. Können schwer zu behandelnde Hospitalinfektionen auslösen Neigen zur Multiresistenz Antibiogramm erstellen
Zusammenfassung: Enterobakterien und Darmbakterien • Enteritis: Enterotoxin-vermittelt; Erbrechen, wässriger Durchfall, wenig Entzündung • Kolitis: Invasion, Zytotoxin-vermittelt, Zellzerstörung, blutiger Durchfall, viel Entzündung • Helicobacter verursacht Gastritis, Campylobacter verursacht Enteritis • Salmonellen können invasive und enteritische Infektionen hervorrufen; Shigella verursacht die Ruhr und Vibrio cholerae die Cholera • Escherichia coli ist ein Darmbakterium, kann aber je nach Ausstattung mit Virulenzfaktoren unterschiedliche invasive extraintestinale und interstinale Infektionen auslösen. • Klebsiella, Enterobacter, Proteus, Serratia, …..sind Darmbakterien, aber auch wichtige Erreger von Hospitalinfektionen. Sie neigen häufig zur Multiresistenz, so dass zur Therapie ein Resistogramm erstellt werden muss
