Rickettsien

• Klasse: Alphaproteobacteria
• Ordnung: Rickettsiales
• Familie: Rickettsiaceae
• Gattung: Rickettsia
• Spezies: 
  Wichtige humanpathogene Vertreter:
  • Fleckfieber-Gruppe (Typhus-Gruppe, TG):
    • R. prowazekii (Erreger des epidemischen Fleckfiebers)
    • R. typhi (Erreger des murinen (endemischen) Fleckfiebers)
  • Zeckenbissfieber-Gruppe (Spotted Fever Group, SFG): zahlreiche Spezies, darunter:
    • R. rickettsii (Erreger des Rocky-Mountain-Fleckfiebers)
    • R. africae (Erreger des afrikanischen Zeckenbissfiebers)

 Info

Abkürzung “R.”

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

Übersicht

• Morphologie: kokkoid oder kurz-stäbchenförmig
• Größe: Länge ca. 1-2 µm, Breite ca. 0,3–0,5 µm
• Beweglichkeit: keine aktive Beweglichkeit wegen fehlender Geiseln; intrazelluläre Bewegung durch Zytoskelett der Wirtszelle (Aktin-basierter Gleitmechanismus)
• Gram-Färbung: gramnegativ, jedoch oft schwaches Gramverhalten
• Verkapselung: keine Kapsel
• Sporenbildung: nein
• Sauerstoffbedarf: obligat aerob (nutzen als intrazelluläre Parasiten Sauerstoff aus zellulärem Milieu des Wirts)
• Zellinvasion: obligat intrazellulär

Zellaufbau

Der charakteristische Zellaufbau der Rickettsia spp. ermöglicht ihnen die Anpassung an ein intrazelluläres Leben. Besonderheiten zeigen sich vor allem in Zellwand und Zellmembran:

• Gramnegative Zellwandstruktur
• Zellwand enthält sehr dünne/teils unvollständige Peptidoglykanschicht (auch Mureinschicht genannt)
  → Zellwandstruktur macht Bakterien widerstandsfähig und erleichtert Eindringen und Überleben in Wirtszellen
• Äußere Membran enthält Lipopolysaccharide (LPS), jedoch in reduzierter Form
  → Geringere immunologische Reaktivität als bei anderen gramnegativen Bakterien
  → LPS wirken als Endotoxine

Stoffwechsel und intrazellulärer Lebensstil

• Durchdringen Zellmembranen von Wirtszellen
• Replikation innerhalb Zytoplasma oder Zellkern
• Sind als obligat intrazelluläre Bakterien auf Nährstoffversorgung durch Wirtszellen angewiesen
  → Zellmembran ermöglicht Stoffaustausch mit Wirtszelle
  → Können Adenosintriphosphat (ATP) aus Wirtszelle entnehmen, daher auch genannt: “ATP-Parasiten”

Gramverhalten

•  Zellwand der Rickettsia spp. weist nicht die typische Struktur anderer gramnegativer Bakterien auf:
  • Peptidoglykanschicht oft sehr dünn, manchmal nur fragmentarisch vorhanden
    → Vollständige Anfärbung ist erschwert
• Zusätzlich: Rickettsia spp. obligat intrazellulär lebend, Vermehrung nur innerhalb Wirtszellen
  → Erschwerte Kultivierung und erschwerte mikroskopische Untersuchung unter normalen Gramfärbebedingungen

Die Pathogenität der Rickettsien ergibt sich aus einer Kombination ihrer Fähigkeit zur Invasion, intrazellulären Vermehrung und Schädigung des Wirtsgewebes. Im Mittelpunkt steht die enge Interaktion mit Endothelzellen, die zu einer Vaskulitis und den daraus resultierenden systemischen Auswirkungen führt.

Nachfolgend sind die zentralen Mechanismen kurz zusammengefasst.

 Tipp

Ausführlichere Informationen zu den Virulenzfaktoren und Pathogenitätsmechanismen der Rickettsia spp. finden sich im nachfolgenden Abschnitt “Zusatzwissen: Virulenzfaktoren der Rickettsia spp.".

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Pathogenitätsmerkmal	Funktionsmechanismus
Zellinvasion und intrazelluläres Leben	Durch Oberflächenproteine: Zellinvasion über Oberflächenproteine und Rezeptorbindung → löst Endozytose in Wirtszelle aus
	Intrazelluläre Nährstoffaufnahme, Aufnahme von ATP, sowie Vermehrung im Zytosol der Wirtszelle Intrazelluläre Lebensweise führt zu einer Umgehung der humoralen Immunreaktion
Zellschädigung	Aktin-basierte Motilität: Rickettsia spp. nutzen Zytoskelett der Wirtszelle für intrazelluläre Bewegung und Bewegung in benachbarte Zellen → Bewegung ohne Passage des extrazellulären Raums
	Hoher Verbrauch von Zellressourcen Mechanische Zellschädigung durch ihre Bewegung und programmierten Zelltod (Apoptose) → Zerstörung der infizierten Wirtszelle → Freisetzung der Bakterien in Blut oder in benachbarte Zellen
Entzündungsreaktion	Rickettsia spp. infizieren v.a. Endothelzellen → Entzündung der Gefäßwände (Vaskulitis) Die Schädigung erfolgt durch: Direkte Zytotoxizität Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen, z.B. TNF-α, IL-6 und IL-1 Aktivierung des Gerinnungssystems und Mikrothrombenbildung Konsequenzen der Vaskulitis: Schädigung der Gefäße → erhöhte Gefäßpermeabilität, Ödeme, Hypotonie; in schweren Fällen Multiorganversagen

Top 3 Erreger der humanen Infektionen:

• R. rickettsii
• R. prowazekii
• R. typhi

•  Info

  

  Welche Zellen befallen Rickettsien?

  Rickettsia spp. befallen vor allem endotheliale Zellen der Blutgefäße, da diese Zellen leicht über das Blutgefäßsystem zugänglich sind. 
  → Dies ist ein wichtiger Pathogenitätsfaktor und spielt eine zentrale Rolle bei der Verbreitung im Körper

  Folge:

  • Schädigung der Gefäßwände 
    → Gestörte Gefäßpermeabilität
    → Entzündungsreaktionen
  • Erklärt viele der klinischen Symptome von Rickettsiosen: z.B. Fieber, Hautausschläge und in schweren Fällen Organversagen

  Zusätzlich können einige Rickettsien-Spezies noch weitere Zelltypen befallen, darunter:

  • Makrophagen: Infektion von und Vermehrung in Makrophagen lässt Rickettsien das Immunsystem effizient umgehen
    → Schnellere Ausbreitung
  • Glatte Muskelzellen und Fibroblasten: In seltenen Fällen, v.a. bei schwereren Infektionen

 Info

Rickettsiose-verwandte Erkrankungen

Einige, durch andere Erreger ausgelöste Krankheiten, werden durch strukturelle oder klinische Ähnlichkeiten im erweiterten Sinne zu den Rickettsiosen gezählt. Unter anderem gehören die folgenden Erreger dazu:

• Coxiella burnetii (Q-Fieber)
• Ehrlichia spp. (Ehrlichiose)
• Neorickettsia spp. (Sennetsu-Ehrlichiose)
• Anaplasma spp. (Anaplasmose)
• Orienta spp. (Tsutsugamushi-Fieber)

Wie im vorherigen Abschnitt bereits beschrieben, ergibt sich die Pathogenität der Rickettsien aus einer Kombination ihrer Fähigkeit zur Invasion, intrazellulären Vermehrung und Schädigung des Wirtsgewebes. Im Mittelpunkt steht die enge Interaktion mit Endothelzellen, die zu einer Vaskulitis und den daraus resultierenden systemischen Auswirkungen führt. In der nachfolgenden Tabelle werden einzelne Virulenz- und Pathogenitätsfaktoren nochmals genauer beleuchtet. 

 Info

Prüfungsrelevanz

Der Inhalt der Tabelle übersteigt in der Regel das für die Prüfung relevante Wissen und dient damit eher der persönlichen Weiterbildung.

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Pathogenitätsmerkmal	Virulenzfaktor	Funktionsmechanismus
Motilität	Actin-Polymerisation (RickA-Protein)	R. spp. nutzt Wirts-Actin zur Zellbewegung durch Aktivierung von RickA-Protein → Intrazelluläre Bewegung → Infektion von Nachbarzellen
Adhäsion	Oberflächenproteine, z.B. OmpA, OmpB	Proteine binden vorrangig auf Endothelzellen → Ermöglichen Anheftung und Invasion in Zelle
Zellinvasion	Phospholipase D Protease	Ermöglichen nach Eindringen in Zelle die Durchbrechung der Phagosomenmembran → Dadurch Eintritt in Zytoplasma → Entgehen der lysosomalen Zerstörung
Immunevasion	Antigenvariation	Veränderung der Oberflächenproteine Vermeidung der Antikörper-Erkennung
Gewebeschädigung	Endotoxine, V.a. Lipopolysaccharide (LPS)	Auslösung einer Entzündungsreaktion Direkte Gewebeschädigung und Förderung der Krankheitsausprägung
	Zytotoxine

Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.