Bakterien mit atypischem Gram-Verhalten

Zusammenfassung

Spirochäten (Spirochaetales) bilden eine Gruppe gramnegativer Bakterien, die sich durch ihre einzigartige Morphologie und Motilität auszeichnen.

Ihre charakteristischen Merkmale sind die schrauben- bzw. korkenzieherartig gewundene Form, sowie die ungewöhnliche Länge von 5-250 µm bei einem schmalen Durchmesser von 0,1-0,6 µm, welcher sie unter dem Standard Lichtmikroskop oft schwer darstellbar macht.

Zu den relevantesten humanpathogenen Spezies gehören die Gattungen “Borrelia spp.”, “Leptospira spp.” und "Treponema spp.". Ihre jeweils häufigsten Krankheitsbilder sind die Lyme-Borreliose, die Leptospirose, sowie Syphilis.

Taxonomie und Klassifikation

Die Spirochäten umfassen mehrere Gattungen, wovon drei für den Menschen pathologisch sind:

• Borrelia
• Leptospira
• Treponema

 Merke

Merkhilfe zu den Spirochäten

“Borris sammelt leidenschaftlich Teebeutel.”

• Borris mit Bart: Borrelien
• Sammelt: Spirochäten
• Leidenschaftlich: Leptospira
• Teebeutel: Treponema

Eigenschaften

Morphoplogie

• Form: schraubförmig, spiralig
• Zellwand: dünne Peptidoglykanschicht
• Außerhalb der Zellwand entspringen Endoflagellen von beiden Zellpolen in Richtung der Zellmitte, werden von äußerer Hüllmembran umgeben
• Keine Kapsel, keine Sporenbildung

Charakteristik

• Beweglichkeit: alle Spirochäten zeichnen sich durch ihre korkenzieherartig-roatatorische Bewegung aus
• Zellinvasion: alle Spirochäten leben extrazellulär
• Gramfärbung: alle Spirochäten sind gramnegativ, jedoch wegen ihres geringen Durchmessers unter dem Lichtmikroskop schwer darstellbar → alternative Färbemethoden zur Diagnostik
• Sauerstoffbedarf: Erregerabhängig

Pathogenität und klinische Relevanz

Siehe Erregerabschnitte

 Info

Weitere Informationen zu der Klasse “Spirochaetales”

Aufgrund des großen Umfangs wurde die Klasse der Spirochäten in einen eigenen Artikel ausgelagert. In den folgenden Artikeln werden die dazugehörigen Gattungen kurz und zusammengefasst beschrieben.

Zusammenfassung

Borrelia spp. sind gramnegative, spiral-/schraubenförmige Bakterien und gehören zur Klasse der Spirochäten.

Sie leben obligat mikroaerophil und werden primär durch Vektoren wie Zecken oder Läuse auf den Mensch übertragen.

Zu den medizinisch wichtigsten Arten gehören Borrelia burgdorferi, der Erreger der Lyme Borreliose, Borrelia duttoni und Borrelia hermsii als Erreger des Zeckenrückfallfiebers, sowie Borrelia recurrentis, als Auslöser des Läuserückfallfiebers. Charakteristisch für Borrelia spp. ist ihre Fähigkeit, im menschlichen Körper zu persistieren und das Immunsystem zu umgehen, was zu chronischen Infektionen führen kann.

Die Diagnose erfolgt durch Klinik, Serologie und PCR.

 Info

Abkürzung B.

Der Begriff “Borrelia” wird im weiteren Verlauf mit “B.” abgekürzt.

 Info

Weitere Erklärungen

Genauere Informationen zum Erreger, sowie eine ausführlichere Erklärung der Merkhilfe finden sich im Artikel “Spirochäten”.

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• B. burgdorferi spp.
• B. duttoni
• B. hermsii
• B. recurrentis
• B. afzelii
• B. garinii

Weitere Charakterstika

• Sauerstoffbedarf: mikroaerophil
• Pathogenität:
  • Endoflagellen und rotationsartige Fortbewegung: ermöglichen Eindringen in intaktes Gewebe, sowie in schwer erreichbare Nischen
  • Antigenvariation: erschwert dem Immunsystem die Detektion und Eliminerung der Erreger

Klinische Relevanz

Zusammenfassung

Leptospira spp. sind dünne, gramnegative Bakterien, die zur Klasse der Spirochäten gehören. Sie leben obligat aerob und finden sich in aquatischen Umgebungen sowie im Urin infizierter Tiere.

Die Übertragung auf den Mensch erfolgt häufig durch Kontakt mit kontaminiertem Wasser oder infizierten Tieren.

Zu den medizinischen relevanten Spezies zählt Leptospira interrogans, Erreger der Leptospirose, einr potenziell lebensbedrohlichen Erkrankung, die von grippeähnlichen Symptomen bis hin zu schwerem Organversagen reichen kann (Weil-Syndrom).

 Info

Abkürzung “L.”

“Leptospira” wird im weiteren mit “L.” abgekürzt.

 Info

Weitere Erklärungen

Genauere Informationen zum Erreger, sowie eine ausführlichere Erklärung der Merkhilfe finden sich im Artikel “Spirochäten”.

Steckbrief

Spezies

• Humanpathogene Spezies: Leptospira interrogans
• Saprophytische Spezies: Leptospira biflexa (leben frei in der Umwelt, nicht pathogen)

Weitere Charakteristika

• Sauerstoffbedarf: aerob
• Pathogenität:
  • Endoflagellen und rotationsartige Fortbewegung: ermöglich das Eindringen in intaktes Gewebe, sowie in schwer erreichbare Nischen
  • Gewebeinvasion: durch enzymatischen Abbau der extrazellulären Matrix
  • Antigenvariation: erschwert dem Immunsystem die Detektion und Eliminierung der Erreger

Klinische Relevanz

Zusammenfassung

Die Gattung “Treponema spp.” umfasst dünne, spiralig geformte Bakterien, die der Ordnung der Spirochäten zugehören.

Sie sind gramnegativ und wachsen in mikroaerophilen oder anaeroben Umgebungen. Weiterhin kennezeichnend sind ihre langsame Teilungsrate, sowie ihre Fähigkeit zur Persistenz im Wirt.

Zu den klinisch wichtigsten Vertretern zählt Treponema pallidum, der Erreger der Syphilis, sowie weitere Arten, die für nicht-venerische Teponematosen (z.B. Pinta) verantwortlich sind.

Die Übertragung erfolgt überwiegend durch direkten Kontakt, meist sexuell oder durch Hautkontakt.

 Info

Abkürzung “T.”

“Treponema” wird im weiteren mit “T.” abgekürzt.

 Info

Weitere Erklärungen

Genauere Informationen zum Erreger, sowie eine ausführlichere Erklärung der Merkhilfe finden sich im Artikel “Spirochäten”.

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• T. pallidum subsp. pallidum
• T. pallidum subsp. endemicum

Weitere Charakteristika

• Sauerstoffbedarf: anaerob
• Pathogenität:
  • Endoflagellen und rotationsartige Fortbewegung: ermöglich das Eindringen in intaktes Gewebe, sowie in schwer erreichbare Nischen
  • Gewebeinvasion: durch enzymatischen Abbau der extrazellulären Matrix
  • Immunevasion: durch fehlendes LPS auf der Zelloberfläche, sowie wenig Oberflächenantigene
    →Immunsystem kann Erreger nicht gut identifzieren, Reaktion und Eliminierung daher langsam 

Klinische Relevanz

 Info

Differentialnamen Syphilis

Syphilis wird auch bezeichnet als:

• Lues (venerea)
• Harter Schanker
• Morbus Schaudinn
• Schaudinn-Krankheit

Zusammenfassung

Rickettsia spp. sind weltweit verbreitete, pleomorphe, gramnegative Bakterien, mit obligat intrazellulärem Lebensstil. Da sie wichtige Stoffwechselwege verloren haben, sind sie auf die Versorgung durch die Wirtszelle angewiesen. Diese Eigenschaft macht ihre Kultivierung im Labor schwierig.

Sie sind vor allem als Erreger von Zoonosen bekannt und werden durch Arthropoden (z. B. Zecken, Läuse, Milben, Flöhe) auf den Menschen übertragen. Durch sie ausgelöste Infektionen (Rickettsiosen) reichen von milden fieberhaften Erkrankungen bis hin zu lebensbedrohlichen Zuständen. Typische Krankheitsbilder umfassen das Rocky-Mountain-Fleckfieber, den epidemischen und murinen Typhus sowie das Tsutsugamushi-Fieber.

Rickettsien infizieren hauptsächlich Endothelzellen und verursachen vaskuläre Entzündungen, welche für viele der klinischen Symptome, wie Fieber, Hautausschläge und in schweren Fällen Multiorganversagen, verantwortlich sind.

•  Info

  Abkürzung “R.”

  “Rickettsia” wird im weiteren mit “R.” abgekürzt.

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• Fleckfieber-Gruppe (Typhus-Gruppe, TG):
  • R. prowazekii
  • R. typhi
• Zeckenbissfieber-Gruppe (Spotted Fever Group, SFG): zahlreiche Spezies, darunter:
  • R. rickettsii

Morphologie

• Form: kokkoid oder kurz-stäbchenförmig
• Zellwand: sehr dünne Peptidoglykanschicht, äußere Membran mit wenig Lipopolysaccharid
• Keine Kapsel, keine Sporen

Eigenschaften

• Beweglichkeit: keine aktive Beweglichkeit wegen fehlender Geiseln; intrazelluläre Bewegung entlang Zytoskelett der Wirtszelle
• Zellinvasion: obligat intrazellulär
• Gramfärbung: gramnegativ, aber schwaches Gramverhalten wegen dünner Peptidoglykanschicht
• Sauerstoffbedarf: obligat aerob

Pathogenität

Die Pathogenität der Rickettsien ergibt sich aus einer Kombination der folgenden Eigenschaften:

• Fähigkeit zur Zellinvasion und intrazelluläre Vermehrung
• Schädigung des Wirtsgewebes

→ Im Mittelpunkt: enge Interaktion mit Endothelzellen, führt zu Vaskulitis und daraus resultierenden systemischen Auswirkungen

Klinische Relevanz

Zusammenfassung

Die Gattung Chlamydia spp. umfasst gramnegative, obligat intrazellulär lebende Bakterien, die aufgrund ihres kleinen Genoms und ihres speziellen Lebenszyklus auf die Wirtszelle angewiesen sind.

Sie durchlaufen zwei Entwicklungsstadien: das infektiöse Elementarkörperchen (EK) und das metabolisch aktive Retikularkörperchen (RK).

Chlamydia spp. ist verantwortlich für eine Vielzahl von Infektionen beim Menschen, darunter sexuell übertragbare Krankheiten (C. trachomatis), respiratorische Infektionen (C. pneumoniae) und zoonotische Infektionen (C. psittaci). Diese Erreger können akute und chronische Krankheitsbilder verursachen, oft mit einer asymptomatischen Verlaufsform.

 Info

Abkürzung “C.”

“Chlamydia” wird im weiteren mit “C.” abgekürzt.

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• Chlamydia trachomatis
• Chlamydia pneumoniae
• Chlamydia psittaci

Morphologie

• Form: Kokkoid
• Zellwand: enthält kein Peptidoglykan

Eigenschaften

• Genom: kompakt, zirkulär, zusätzlich häufig Plasmid
• Beweglichkeit: Unbeweglich aufgrund fehlender Geiseln
• Zellinvasion: obligat intrazellulär
• Gramfärbung: gramnegativ, Gramfärbung für diagnostische Zwecke wenig relevant
• Sauerstoffbedarf: obligat aerob

Pathogenität

• Lipopolysaccharide (LPS) auf äußerer Membran: wirken als Endotoxine proinflamatorisch
• Elementarkörperchen und intrazelluläre Ansiedelung: führt zu Umgehung der Immunantwort

•  Info

  Besonderheiten: Entwicklungszyklus

  Chlamydia-Spezies durchlaufen einen komplexen Lebenszyklus mit zwei unterschiedlichen Entwicklungsstadien:

  • Elementarkörperchen (EB):
    • Infektiöse Form
    • Metabolisch inaktiv (können sich nicht teilen) → EBs werden in die Wirtszelle aufgenommen und beginnen dort ihre Vermehrung
  • Retikularkörperchen (RB):
    • Nicht-infektiöse Form
    • Metabolisch aktiv: Verantwortlich für die Vermehrung innerhalb der Wirtszelle

Klinische Relevanz

 Info

Chlamydia als STD (Sexually transmitted disease)

Chlaymdia trachomatis, Serotyp D-K, ist die häufigste sexuell übertragene Infektion weltweit.

Zusammenfassung

Mykobakterien sind grampositive, säurefeste Bakterien, die aufgrund ihrer komplexen Zellwand, die reich an Mykolsäuren ist, besondere Resistenz gegen chemische und physikalische Einflüsse aufweisen.

Sie umfassen über 150 bekannte Arten, darunter bedeutende pathogene Vertreter wie Mycobacterium tuberculosis (Erreger der Tuberkulose) und Mycobacterium leprae (Erreger der Lepra).

Einige fakultativ pathogene Mykobakterien werden unter NTM (=nichttuberkulöse Mykobakterien), beziehungsweise MOTT (Mycobacteria other than tuberculosis) zusammengefasst und sind häufig ubiquitäre Umweltkeime, die opportunistische Infektionen bei immunsupprimierten Personen verursachen können. Sie erzeugen keine Tuberkulose und kein Lepra.

Mykobakterien zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, innerhalb von Makrophagen zu überleben und sich zu vermehren, was eine effektive Immunabwehr behindert. Des Weiteren leben sie obligat aerob und wachsen langsam, was Diagnostik und Therapie erschwert. 

Die Therapie mykobakterieller Infektionen ist aufgrund ihrer internen Resistenzmechanismen oft langwierig und erfordert spezifische Antibiotikakombinationen.

•  Info

  Abkürzung “Mb.”

  “Mycobacterium” wird im weiteren mit “Mb.” abgekürzt. Dies dient der Unterscheidung von “Mp.” für “Mycoplasma”, da es einige namensgleiche Erreger, z.B. Mycoplasma bovis und Mycobacterium bovis, in beiden Gattungen gibt (siehe nachfolgender Abschnitt).

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• Mycobaterium-tuberculosis-Komplex
  • Mb. tuberculosis
  • Mb. africanuum
  • Mb. bovis
• Mycobacterium leprae
• Atypische Mykobakterien
  (auch: Non-Tuberculosis Mycobacterium complex (NTM) / Mycobacteria other than tuberculosis (MOTT))
  • Mycobacterium-avium-Komplex
    • Mb. avium
    • Mb. intracellulare
  • Mb. marinum

Morphologie

• Form: Unbewegliche Stäbchen, Länge 2–10 µm
• Zellwand: Dick, reich an Lipiden (Mykolsäuren), säurefest
  → Macht Bakterien sehr resistent gegenüber Unwelteinflüssen
• Keine Sporenbildung oder Kapsel

Eigenschaften

• Beweglichkeit: unbeweglich aufgrund fehlender Geiseln
• Zellinvasion: je nach Spezies
  • Pathogene Mykobakterien: intrazellulär, bevorzugt Makrophagen
  • Nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM): sowohl intra- als auch extrazellulär
• Gramfärbung: schwach positiv bis gramneutral, daher Nachweis mittels Ziehl-Neelsen-Färbung (säurefest)
• Sauerstoffbedarf: Obligat aerob

Pathogenität

• Überleben in Makrophagen: Hemmung der Phagosomen-Lysosomen-Fusion
• Langsames Wachstum: Erschwert Immunabwehr und Therapie
• Zellwand-Komponenten (z. B. Cord-Faktor, Lipoarabinomannan): Schutz vor Immunantwort

Klinische Relevanz

Zusammenfassung

Mycoplasma spp. ist eine Gruppe minimalistisch ausgestatteter, zellwandloser Bakterien der Klasse Mollicutes. Sie gehören zu den kleinsten selbstreplizierenden Organismen.

Mykoplasmen sind fakultativ oder strikt parasitär und leben extrazellulär, interagieren jedoch durch Toxinfreisetzung stark mit den umliegenden Wirtszellen. Sie besiedeln eine Vielzahl von Wirten, einschließlich Menschen, Tiere und Pflanzen. Zu den typischen, durch sie verursachten Erkrankungen, gehören die atypische Pneumonien (Mp. pneumoniae), urogenitale Infektionen (Mp. genitalium, Mp. hominis) und chronische Entzündungen. Pathogenitätsfaktoren umfassen Adhäsine, Toxine wie das CARDS-Toxin, sowie die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies.

Als zelluläre Besonderheiten weisen sie ein kleines Genom auf und sind dadurch von großem Interesse für die synthetische Biologie. Das Fehlen einer Zellwand macht sie resistent gegenüber Antibiotika der Beta-Lactam-Klasse. Die anitbiotische Behandlung erfolgt mit Makrolid-Antibiotika, Tetracyclinen oder Fluorchinolonen.

•  Info

  Abkürzung “Mp.”

  “Mycoplasma” wird im weiteren mit “Mp.” abgekürzt. Dies dient der Unterscheidung von “Mb.” für “Mycobaterium”, da es einige namensgleiche Erreger, z.B. Mycoplasma bovis und Mycobacterium bovis, in beiden Gattungen gibt (siehe vorheriger Abschnitt).

Steckbrief

Spezies

Wichtige humanpathogene Vertreter:

• Mycoplasma pneumoniae
• Mycoplasma genitalium
• Mycoplasma hominis

Morphologie

• Form: vielgestaltig (pleomorph), häufig kugelig (kokkoid); Ihre Kolonien zeigen eine typische Spiegeleiform
• Besonderheiten der Zellstruktur:
  • Fehlende Zellwand
  • Dreischichtige Zellmembran, reich an Sterolen
• Keine Kapsel, keine Sporenbildung

Eigenschaften

• Sind die kleinsten und einfachsten selbst replizierende Bakterien
• Beweglichkeit: Fehlende Oberflächengeiseln, gleitende Fortbewegung mittels Oligosacchariden auf festen Oberflächen (z.B. Epithelgewebe)
• Zellinvasion: Intrazellulär und obligat parasitär
• Gram-Färbung: gramnegativ → keine Murein-haltige Zellwand, daher nicht mittels Gramfärbung anfärbbar
• Sauerstoffbedarf: fakultativ anaerob

Pathogenität

Hauptfaktor der Pathogenität:

• Toxinfreisetzung: CARDS-Toxin schädigt Schleimhautepithelzellen 
  → Funktionsversagen
• Zellschädigung durch Phospholipasen: Membranschädigung
• Inflammation durch Oxidativen Stress und Lipoproteine

Klinische Relevanz