Bacillus

Bakterien der Gattung Bacillus sind grampositive, aerobe, sporenbildende Stäbchen. Für die Medizin relevant sind die zwei humanpathogenen Arten Bacillus anthracis (B. anthracis) und B. cereus. Der Bacillus anthracis verursacht den Milzbrand Milzbrand Milzbrand (Anthrax), der in Lungen-, Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion, Magen-Darm und Injektionsmilzbrand eingeteilt wird. Die Erkrankung tritt sehr selten auf und zeigt je nach betroffenen Organ andere Symptome. Charakteristisch für den Hautmilzbrand ist die Pustula maligna. Der B. anthracis ist als Biowaffe eingestuft. Bacillus cereus verursacht Lebensmittelvergiftungen, die selbstlimitierend sind und symptomatisch behandelt werden.

Aktualisiert: 01.06.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Klassifikation

Mikrobiologie Flussdiagramm Gram-positive Bakterien Klassifizierung
Die meisten Bakterien können nach einem Laborverfahren, der sogenannten Gram-Färbung, klassifiziert werden.  
Bakterien mit Zellwänden, die eine dünne Peptidoglykanschicht aufweisen, werden durch die Kristallviolettfärbung, die bei der Gram-Färbung verwendet wird, nicht eingefärbt. Diese Bakterien binden jedoch die Safranin-Gegenfärbung und erscheinen daher auf der Färbung rosa-rot, wodurch sie als gramnegativ eingestuft werden können. Diese Bakterien lassen sich nach ihrer Morphologie und ihrer Fähigkeit, in Gegenwart von Sauerstoff zu wachsen, weiter unterteilen. Eine genauere Identifizierung ermöglicht eine Anzucht auf Nährböden, wo ihre Enzyme identifiziert und ihre Fähigkeit, Laktose zu vergären, getestet werden kann. Die Kokken können auch weiter identifiziert werden. Staphylokokken können anhand des Vorhandenseins des Enzyms Koagulase und ihrer Empfindlichkeit gegenüber dem Antibiotikum Novobiocin voneinander abgegrenzt werden. Streptokokken werden auf Blutagar gezüchtet und danach klassifiziert, welche Form der Hämolyse sie machen (α, β oder γ). Die Streptokokken werden anhand ihrer Reaktion auf den Pyrrolidonyl-β-Naphthylamid-Test (PYR), ihrer Empfindlichkeit gegenüber spezifischen antimikrobiellen Mitteln (Optochin und Bacitracin) und ihrer Fähigkeit, auf Natriumchloridmedien (NaCl) zu wachsen, weiter eingegrenzt.

Bild von Lecturio. Lizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Allgemeine Merkmale

  • Grampositive Stäbchen
  • Sporenbildung:
    • Endosporen (dehydrierte Zellen)
    • Hochgradig resistent gegen Hitze und andere Umwelteinflüsse
    • Können im Boden viele Jahre lang überleben
  • Katalase positiv
  • Aerob

Humanpathogene Spezies

  • Bacillus anthracis (B. anthracis):
    • Bilden lange Ketten, wenn sie in Kultur gezüchtet werden
    • Wachsen auf Blutagar bei 37° C ohne Hämolyse
    • Nicht funktionsfähige Geißeln (defekte Flagellin-Proteine): unbeweglich
    • Virulenzfaktoren:
      • Polypeptid-D-Glutamat-Kapsel (anfärbbar mit Tusche)
      • Ödemfaktor (ÖF)
      • Letaler Faktor (LF)
      • Protektives Antigen (PA)
  • B. cereus
    • Wächst gut auf Blut- oder Schokoladenagar bei 25 °C-37 °C
    • Beta-Hämolyse
    • Beweglich, begeißelt
    • Produzieren 2 Arten von Enterotoxinen:
      • Durchfalltoxin (hitzelabil)
      • Emetisches Toxin (hitzelabil)
    • Virulenzfaktoren:
      • Phospholipase-C-Regulator (PlcR)
      • Kontrolliert die Expression von Hämolysinen, Enterotoxinen, Phospholipasen und Proteasen

B. anthracis

Epidemiologie

  • Betrifft vor allem Tiere (Pflanzenfresser)
  • Schafe, Rinder, Ziegen und Pferde dienen als natürliches Reservoir.
  • Der Mensch infiziert sich in der Regel zufällig durch den Kontakt mit Tieren oder deren Produkten.
  • Die Sporen werden/wurden als Biowaffe eingesetzt.
  • Einige Fälle wurden als Folge von Laborunfällen gemeldet.
  • In Industrieländern sehr selten
  • Letzter Fall von Hautmilzbrand in Deutschland war 1994
  • Injektionsmilzbrand bei wenigen Fällen in Deutschland bei heroinsüchtigen Personen

Infektionsweg

  • Transkutan (Hautmilzbrand):
    • Infizierte Tiere
    • Tierische Erzeugnisse
  • Orale Aufnahme (Magen-Darm-Milzbrand): nicht ausreichend durchgegartes Fleisch von mit Milzbrand Milzbrand Milzbrand (Anthrax) infizierten Tieren
  • Inhalation von Sporen (Lungenmilzbrand)
  • Direkte, parenterale Injektion (Injektionsmilzbrand)
  • Keine Mensch-zu-Mensch-Übertragung
Anthrax-Zyklus

Der Anthrax-Zyklus:
Bacillus anthracis (Milzbrandsporen) infizieren Menschen oder Säugetiere über verschiedene Wege: entweder durch orale Aufnahme, durch Einatmen oder über die Haut. Die Milzbrandsporen stammen den Ausscheidungen von Rindern, die dann Sauerstoff ausgesetzt sind.

Bild von Lecturio.

Pathogenese

  • PA:
  • ÖF:
    • Imitiert zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP)
    • Verursacht charakteristische ödematöse, schwarze Schorfbildung bei Hautmilzbrand (Pustula maligna)
    • Löst Multiorganblutungen aus
  • LF:
    • Exotoxin, das wie eine Protease wirkt
    • Spaltet MAPKinase (Englisch: mitogen-activated protein)
    • Verursacht Gewebsnekrosen
  • Polypeptidkapsel: unterstützt die Verhinderung der Phagozytose

Klinik

  1. Hautmilzbrand:
    • Schmerzlose Papel: Entwickelt sich weiter über mehrere flüssigkeitsgefüllte Blasen zu einem mit schwarzem Schorf bedeckten Geschwür (Pustula maligna)
    • Ödem des befallenen Körperteils
    • Ausbreitung der Entzündung Entzündung Entzündung über Lymphbahnen: Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock möglich
    • Exotoxine verursachen schwere Allgemeinsymptomatik mit hohem Fieber Fieber Fieber, Benommenheit und Herz-Kreislauf Problemen.
    • Unbehandelt: 10 – 40 % verlaufen tödlich
    • Rechtzeitige Antibiotika Gabe ermöglicht gute Heilung
    • Komplikation: Milzbrandmeningitis
    • Häufigste Erscheinungsform
    • Selbstlimitierender Verlauf
  2. Magen-Darm-Milzbrand:
  3. Lungenmilzbrand:
  4. Injektionsmilzbrand:

Diagnostik

  • Mikrobiologische Untersuchung
    • Probe aus: Blut, Pleuraflüssigkeit, Liquor, Wundabstrich, Sputum, Stuhl, Serum, Sektionsmaterial
    • Bei Verdacht: Weitergabe an Speziallabor und deren Anweisungen folgen

Therapie

  • Antibiotikatherapie: wegen Möglichkeit der systemischen Ausbreitung i.v. Gabe
    • Antibiotikagabe speziell geregelt, nachzulesen bei:
      • WHO “Anthrax in humans and animals”
      • Stellungnahme der Deutschen Gesellschaft für Infektiologie
  • Antitoxin (Raxibacumab oder Anthrax-Immunglobulin)
  • Drainage von Pleuraergüssen
  • Symptomatische Behandlung, Glukokortikoide Glukokortikoide Glukokortikoide

Prävention

  • In Deutschland zugelassen: amerikanischer Impfstoff BioThrax (seit 2013)
    • Wirkung auf die Antikörperinduktion gegen das Protektive Antigen
    • Aktive Immunisierung Aktive Immunisierung Impfung
    • Nur bei erhöhtem Risiko der Exposition gegenüber Milzbranderregern
  • Expositionsprophylaxe

B. cereus

Epidemiologie

  • Reichlich vorhanden im Boden, Süß- und Meerwasser
  • Häufige Verunreinigung von Lebensmitteln
  • Normalerweise vorübergehend im menschlichen Magen-Darm-Trakt vorhanden (bis zu 43 %)
  • B. cereus Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock kann bei i.v. Drogenkonsumenten, Neugeborenen, immunsupprimierten Patient*innen und Patient*innen mit Prothesen auftreten

Übertragung

  • Orale Aufnahme:
    • Fleisch
    • Gemüse
    • Wieder aufgewärmter Reis/Getreide
  • Sporen:
    • Können Kochtemperaturen überstehen
    • Wenn die Lebensmittel abkühlen, keimen die Sporen aus und produzieren Giftstoffe.
  • Direkte parenterale Injektion: i.v.-Drogenkonsument*innen

Pathogenese

  • Lebensmittelvergiftung bei oraler Aufnahme:
    • Die Symptome hängen mit der Toxinproduktion zusammen.
    • Enterotoxin wird von aufgenommenen Bakterien in vegetativer oder Sporenform produziert: Durchfallerkrankung
    • Das präformierte Toxin (Cereulid) wird durch die Nahrung direkt aufgenommen: Emetische Erkrankung
  • Eine Bakteriämie (Infektion der Blutbahn) führt zur Verbreitung in verschiedenen Organen.
  • Weichteilinfektionen können in traumatischen Wunden bei direktem Kontakt auftreten.

Klinik

  • Durchfallerkrankung:
    • Tritt 6-14 Stunden nach dem Verzehr auf
    • Assoziiert mit Fleisch und Gemüse
    • Durch hitzelabiles Enterotoxin hervorgerufene Symptome
    • Wässriger Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö) und Unterleibskrämpfe über einen Zeitraum von durchschnittlich 24 Stunden
  • Emetische Erkrankung:
    • Schnelles Einsetzen, tritt 2-3 Stunden nach der Einnahme auf
    • Assoziiert mit aufgewärmtem Reis und Getreide
    • Symptome, die auf hitzestabiles Enterotoxin (präformiertes Toxin, Cereulid) zurückzuführen sind
    • Übelkeit und Erbrechen Erbrechen Erbrechen im Kindesalter für durchschnittlich 9 Stunden
    • Differenzialdiagnose zu einer Lebensmittelvergiftung von Staphylococcus Staphylococcus Staphylococcus aureus ( S. aureus S. aureus Staphylococcus)
  • Seltene Erscheinungsformen:

Diagnostik

  • Kulturen:
    • Stuhl (bei Durchfallerkrankungen)
    • Blut (bei Verdacht auf eine systemische Infektion)
  • Mikrobiologische Untersuchung
  • Nachweis des Enterotoxins über immonologische Verfahren (z. B. EIA)

Quellen

  1. Noonan L., & Freeman J. (2020). Bacillus cereus and other non-anthracis Bacillus species. UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/bacillus-cereus-and-other-non-anthracis-bacillus-species (Zugriff am 30.12.2020).
  2. Wilson, K. (2020). Clinical manifestations and diagnosis of anthrax. UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/clinical-manifestations-and-diagnosis-of-anthrax (Zugriff am 30.12.2020).
  3. Wilson, K. (2020). Microbiology, pathogenesis, and epidemiology of anthrax. UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/microbiology-pathogenesis-and-epidemiology-of-anthrax (Zugriff am 30.12.2020). .
  4. Bacillus anthracishttps://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Bacillus_anthracis
  5. Tankeshwar, A. (2020). Bacillus anthracis: Properties, Pathogenesis and Laboratory Diagnosis. https://microbeonline.com/bacillus-anthracis-properties-pathogenesis-diagnosis/ (Zugriff am 30.12.2020).
  6. Grace Ucar. (2011). Bacillus cereushttps://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/bacillus-cereus.
  7. Robert Koch Institut. (2013). Milzbrand (Anthrax). https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Anthrax.html (Zugriff am 03.07.2022).
  8. Bundesinstitut für Risikobewertung. Bacillus cereus. https://www.bfr.bund.de/de/bacillus_cereus-54344.html (Zugriff am 03.07.2022).

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

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Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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