Mykobakterien

Allgemeine Merkmale

Grundlegende Merkmale

Morphologie und Eigenschaften:

• Gerade oder leicht gekrümmte Stäbchen
• Wachstum:
  • Langsam wachsend
  • Die meisten Arten können auf einfachen Substraten mit Aminosäuren und Glycerin angezüchtet werden und wachsen auf Blutagar.
• Unbeweglich
• Nicht sporenbildend
• Obligate Aerobier (einige sind mikroaerophil)
• Katalase positiv
• Fakultativ intrazellulär
• Charakteristische Zellwand, die ihnen mehrere einzigartige Eigenschaften verleiht:
  • Ca. 60 % der Zellwand sind Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide (besonders resistent gegen äußere Einflüsse)
    • Mykolsäuren (langkettige gesättigte Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide): bilden eine hydrophobe Wachsschicht
    • Mykoside: mykolsäurehaltige Glykolipidpeptide oder Glykolipide, z.B. Trehalose-6,6-dimykolat
  • Können beispielsweise im Labor über Jahre bei Temperaturen von -70 ºC überleben
  • Sterben bei Hitze ab (> 30 min, > 65 º C)
  • Verbunden mit einer Peptidoglykanschicht durch das Polysaccharid Arabinogalactan
  • ↓ Durchlässigkeit für viele Medikamente und Effluxpumpen
  • Mykobakterien können in Wirtszellen eindringen, ohne klinische Symptome hervorzurufen.

Eigenschaften bezüglich der Anfärbung:

• Anfärbung mittels Ziehl-Neelsen-Färbung möglich
• Säurefeste Stäbchen:
  • Durch Mykolsäure verliehene Eigenschaft
  • Nach dem Anfärben mit Anilinfarbstoffen nicht mit saurem Alkohol entfärben
• Gram-Färbung:
  • kann in der Regel die wachsartige Zellwand des Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Tuberkulose Komplexes (englisches Akronym: MTBC) nicht durchdringen
  • Meistens keine Anfärbung oder unterschiedliche Ergebnisse

Klassifikation

• Stamm: Actinobacteria
• Familie: Mycobacteriaceae
• Gattung: Mycobacterium (besteht aus > 150 Arten)

Mykobakterien:

• Typische Mykobakterien: MTBC Arten:
  • M. Tuberkulosis
  • M. bovis
  • M. africanum
  • M. microti
  • M. canetti
• Atypische, nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM):
  • Klassifikation nach dem Runyon-System
  • Die Klassifikation basiert auf der Wachstumsrate und der Pigmentproduktion.
  • Die Gruppen Ⅰ-Ⅲ sind langsam wachsend (> 7 Tage), Gruppe Ⅳ gilt als schnell wachsend (< 7 Tage):
    • Gruppe I: Photochromogene produzieren in Gegenwart von Licht Pigmente.
    • Gruppe II: Skotochromogene produzieren Pigmente in Abwesenheit von Licht.
    • Gruppe III: Nicht-fotochromogene Bakterien haben kein Pigment (dazu gehören Mycobacterium avium complex (MAC) Bakterien).
    • Gruppe IV: Bildung reifer Kolonien in Kulturmedien in < 7 Tagen
• Nicht kultivierbar: M. leprae-Komplex (M. leprae und M. lepromatosis)
• Saprophytisch
• Arten von Hautulcera

Die relevantesten pathogenen Arten:

• MTBC verursacht Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose (TB).
• M. leprae verursacht Lepra Lepra Lepra.
• M. avium und M. intracellulare (zusammen als M. avium-Komplex (englisches Akronym: MAC) bekannt) verursachen:
  • Tuberkulose-ähnliche Lungeninfektionen
  • Disseminierte Infektionen bei immungeschwächten Patient*innen

Pathogenese

Reservoirs

• M. tuberculosis: Der Mensch ist das einzige natürliche Reservoir.
• M. leprae: Gürteltiere
• M. avium und M. intracellulare: Wasser und Boden

Infektionswege

• M. tuberculosis: Tröpfcheninfektion, ausgehend von Patient*innen mit aktiver Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose
• M. leprae:
  • Direkter Kontakt mit Läsionen
  • Tröpfcheninfektion
• MAC-Übertragung:
  • Tröpfcheninfektion
  • Ingestition in den Gastrointestinaltrakt

Virulenz

• Zellhülle:
  • Hauptbestandteil: Mykolsäure
  • Mykolsäure ist an Glykolipide gebunden.
  • Glykolipide sind für die mikroskopische „Strangbildung“ verantwortlich (entspricht grob gesehen der Granulombildung).
• Katalase-Peroxidase: resistent gegen oxidative Reaktion der Wirtszelle
• Sulfatide und Trehalose-Dimykolat: Auslöser der Toxizität
• Lipoarabinomannan (LAM): induziert Zytokine

Risikofaktoren des Wirtes

• Hohes Lebensalter
• Kinder
• Immunschwäche
• Intravenöser Drogenkonsum
• HIV HIV Retroviren: HIV oder andere Immundefekte
• Aufenthalt in Hochrisikogebieten

Allgemeine mykobakterielle Pathophysiologie

• Beim Menschen können Mykobakterieninfektionen mehrere Organe betreffen.
• Die Bakterien dringen durch die Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und die Schleimhautbarrieren ein.
• Am häufigsten sind Infektionen von Lunge Lunge Lunge: Anatomie und Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion.
• Infektionen mit NTM treten am häufigsten bei immungeschwächten Wirten als opportunistische Infektionen auf.
• Mykobakterien können ihre Wirte kolonisieren und latente Infektionen ohne offensichtliche klinische Symptome verursachen.

M. tuberculosis

Epidemiologie

• MTBC-Bakterien verursachen Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose (TB).
• TB ist eine aerogen übertragene Krankheit, die die Lungen und manchmal auch andere Organe befällt.
• Verursacht weltweit 1,4 Millionen Todesfälle pro Jahr
• 30 % der Weltbevölkerung sind infiziert.
• 10 % der infizierten Personen entwickeln eine aktive Krankheit.
• Führende Todesursache bei HIV-Patient*innen

Pathophysiologie

• Zunächst Inhalation von Aerosolen
• Ablagerung in der Lunge Lunge Lunge: Anatomie führt zu 3 möglichen Ergebnissen:
  • Beseitigung von Bakterien
  • Primäre aktive Krankheit:
    • Vermehrung von Bakterien in Alveolarmakrophagen
    • Von Makrophagen Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems produzierte Zytokine (IL-12 und Il-18) locken andere phagozytische Zellen an.
    • Es bildet sich ein Tuberkel (granulomatöse Struktur) (gefördert durch TNF-ɑ)
    • Tuberkel dehnt sich in das Lungenparenchym aus → Ghon-Komplex
    • Die Bakterien können sich auf die drainierenden Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem ausbreiten → Lymphadenopathie Lymphadenopathie Lymphadenopathie
    • Ghon-Komplex + Lymphadenopathie Lymphadenopathie Lymphadenopathie/Verkalkung → Ranke-Komplex
    • Wenn die Ausbreitung nicht durch Immunzellen kontrolliert wird, kann es zu einer Bakteriämie mit Aussaat in andere Organe kommen → Miliärtuberkulose
    • Patient*innen werden infektiös, wenn Bakterien in die Atemwege eindringen (verkäsende Granulome)
    • Die Infektion kann in ein chronisches Stadium übergehen, in dem es zu Heilungsschüben und anschließender Vernarbung der Läsionen kommt.
    • Eine spontane Limitation der Krankheit ist selten.
• Latente Infektion (klinische (sekundäre) Erkrankung, kann viele Jahre später auftreten):
  • Lebenslanges Risiko einer Reaktivierung: In 5–10 %
  • Immunsuppression ist ein Faktor der Reaktivierung.

Klinik

• Pulmonale Manifestationen in Verbindung mit systemischen Symptomen sind bei primärer und sekundärer TB am häufigsten.
• Bildung von pulmonalen Granulomen (Knötchen) und Kavernen (auch an anderen Lokalisationen möglich)
• Miliäre (disseminierte) Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose tritt in 15–20 % der Fälle auf (meist bei Kindern oder immungeschwächten Personen).

Diagnostik:

Sputum:

• 3 Proben, mindestens eine am frühen Morgen gewonnen
• Abstrich und Anfärbung mittels Ziehl-Neelsen-Färbung: säurefeste Stäbchen
• Mykobakterielle Kultur
• Nukleinsäure-Amplifikationstest

Mykobakterienkulturen im Blut oder Urin: bei Patient*innen mit HIV HIV Retroviren: HIV oder Immunschwäche

Tuberkulin-Hauttest (englisches Akronym: TST):

• Intradermale Injektion von Tuberkulin-Antigen
• Kann aktive oder latente Infektionen nachweisen
• Messen der Verhärtungsfläche nach 48–72 Stunden; positiv, wenn:
  • > 5 mm bei Patient*innen mit HIV HIV Retroviren: HIV oder Immunsuppression oder kürzlich erfolgtem Kontakt zu einer Person mit TB
  • > 10 mm bei Patient*innen aus Hochrisikogebieten, IV-Drogenkonsumenten, medizinischem- und Laborpersonal
  • > 15 mm bei Patient*innen ohne bekannte Risikofaktoren für TB

lnterferon-γ-Freisetzungstest (englisches Akronym: IGRA): kein Unterschied zwischen aktiver und inaktiver TB

M. leprae

Epidemiologie

• Die Bakterien des M. leprae-Komplexes verursachen Lepra Lepra Lepra.
• Höchste Inzidenz in Indien, Brasilien, Indonesien, Bangladesch und Nigeria
• Risikofaktoren für eine Infektion:
  • Enger Kontakt mit Leprakranken
  • Kontakt zu Gürteltieren (natürliches Reservoir von M. leprae)
  • Hohes Lebensalter
  • Genetische Faktoren
  • Immunsuppression

Pathophysiologie

• Die Bakterien werden eingeatmet oder durch direkten Hautkontakt übertragen.
• Die Bakterien werden von den Alveolarmakrophagen aufgenommen und über das Blut verbreitet.
• M. leprae breitet sich auf die Nerven und die Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion aus, wo es sich (insbesondere in Schwann-Zellen) vermehrt.
• Lepra Lepra Lepra kann in verschiedenen Formen auftreten und spiegelt das Spektrum der Immunreaktion des Wirtes wider.
• Ridley-Jopling-Klassifikation von Lepra Lepra Lepra:
  • Tuberkuloid (TT)
  • Borderline-Tuberkuloid (BT)
  • Mittlerer Borderline-Typ (englisches Akronym: BB)
  • Borderline lepromatös (BL)
  • Lepromatös (LL)
  • Unbestimmt
• Die tuberkuloiden und lepromatösen Formen bilden jeweils den Rand des Spektrums ab:
  • Tuberkulöse Lepra Lepra Lepra:
    • Gute zelluläre Immunantwort (TH1-Reaktion)
    • Verzögerte Hypersensitivität mit Interferon-γ und Makrophagenaktivierung
    • Betrifft Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion (lokalisiert) und periphere Nerven
  • Lepromatöse Lepra Lepra Lepra:
    • Minimale zelluläre Immunantwort
    • Humorale Reaktion (Antikörper) (aktiviert durch TH2-Zellen)
    • Ausgedehnte Hautbeteiligung
    • Die Nervenbeteiligung ist in der Regel symmetrisch

Klinik

• Hypopigmentierte oder rötliche Hautflecken in Verbindung mit Sensitivitätsverlusten
• Parästhesien
• Schmerzlose Wunden an den Extremitäten
• Knoten im Gesicht oder am Ohr
• Vergrößerte und empfindliche periphere Nerven
• Augenverletzungen (Korneale Abrasionen/-Ulzerationen, Lagophthalmus)
• Zu den Spätfolgen können Gesichtslähmungen, krallenförmige Finger, Fußbettsenkungen und das Fehlen von Wimpern und Augenbrauen gehören.
• Immunologische Reaktionen (systemische Entzündungskomplikationen) können auftreten.

Diagnostik:

Der Erreger wird durch eine Hautbiopsie nachgewiesen:

• Histopathologische Untersuchung
• PCR
• Nicht in vitro kultivierbar

M. avium-Komplex

Epidemiologie

• Am häufigsten aus der Umwelt (Wasserquellen) erworben
• Keine dokumentierte Übertragung von Mensch zu Mensch
• Betrifft häufig Menschen mit vorbestehenden Lungenerkrankungen und immungeschwächte Patient*innen ( AIDS AIDS HIV-Infektion und AIDS)

Pathophysiologie

• Tritt bei immunkompetenten Personen in der Regel als Lungeninfektion auf
• Kann bei AIDS-Patient*innen als disseminierte Erkrankung oder als lokalisierte Lymphadenitis auftreten:
  • Das Risiko steigt, wenn die CD4-Zahl unter 50 fällt.
  • Die MAC-Infektion ist eine der AIDS-definierenden Krankheiten.
  • MAC-Bakterien dringen durch die Magen-Darm-Schleimhaut ein und werden von Makrophagen Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems in der Lamina propria phagozytiert.
  • Durch die Lymphdrainage werden Mykobakterien zu den Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem im Bauchraum transportiert, von wo aus sie in den Blutkreislauf gelangen können.
  • Ausbreitung kann an vielen Stellen erfolgen: Milz Milz Milz, Knochenmark Knochenmark Knochenmark: Zusammensetzung und Hämatopoese und Leber Leber Leber sind am häufigsten
  • Die meisten Anzeichen und Symptome sind auf die Ausschüttung von Zytokinen zurückzuführen.
  • Selten die direkte Todesursache, aber erhöhtes Risiko einer Superinfektion
  • Lokalisierte Lymphadenitis:
    • In der Regel nach Beginn der antiretroviralen Therapie
    • Ergebnisse des Immunrekonstitutionsentzündungssyndroms (englisches Akronym: IRIS)

Klinik

• Immunkompetente Patient*innen:
  • Häufig ältere Männer mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung:
    • Husten, Fieber Fieber Fieber, Oberlappeninfiltrate/Kavernen
    • Ähnlich wie TB, aber weniger schwerwiegend
  • Frauen > 50 Jahre ohne Vorgeschichte: stellt sich oft als Bronchiektasie dar
• Menschen mit AIDS AIDS HIV-Infektion und AIDS:
  • Disseminierte Infektion:
    • Fieber Fieber Fieber, Nachtschweiß
    • Abdominelle Schmerzen
    • Diarrhöe
  • Lymphadenitis:
    • Lokalisierte Lymphknotenvergrößerung (abdominal, mediastinal, zervikal)
    • Fieber Fieber Fieber

Diagnostik:

• Mykobakterielle Blutkultur
• Histopathologie und Kultur der betroffenen Stellen ( Knochenmark Knochenmark Knochenmark: Zusammensetzung und Hämatopoese, Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem)