Spirochäten

Zusammenfassung

Spirochäten sind eine Gruppe schraubenförmiger, gramnegativer Bakterien, die durch ihre charakteristische Morphologie und Beweglichkeit auffallen. Sie umfassen mehrere Gattungen, von denen drei — Borrelien, Leptospiren und Treponemen — eine besondere klinische Relevanz besitzen.

Die Erreger zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, komplexe Gewebe zu durchdringen, das Immunsystem zu umgehen und chronische Infektionen zu verursachen. Sie unterscheiden sich in ihrem Sauerstoffbedarf, ihrer Pathogenität und ihrem Übertragungsweg.

Während Borrelien primär durch Zecken oder Läuse übertragen werden und Krankheiten wie Lyme-Borreliose hervorrufen, sind Leptospiren vor allem in feuchten Umgebungen verbreitet und für die potenziell lebensbedrohliche Leptospirose verantwortlich. Die Erreger der Gattung der Treponemen, darunter die Spezies “Treponema pallidum”, bekannt als Erreger der Syphilis, werden überwiegend durch direkten Kontakt übertragen und können ohne Therapie chronische Verläufe mit schweren Spätfolgen verursachen.

Spirochäten stellen eine bedeutende Herausforderung für die Diagnostik und Therapie dar, da ihre geringe Größe und ihre Fähigkeit zur Immunevasion die Identifikation und Bekämpfung erschweren.

Merke
Merkhilfe Spirochäten
Merkhilfe zu den Spirochäten
“Borris schlürft leidenschaftlich Tee.”
Borris mit Bart: Borrelien
Schlürft: Spirochäten
Leidenschaftlich: Leptospira
Tee: Treponema

Taxonomie und Klassifikation

Erregerübersicht: Spirochäten — Erregerübersicht: Einordnung Spirochäten

Die Spirochäten umfassen mehrere Gattungen, wovon drei für den Menschen pathologisch und im Folgenden näher beschrieben sind:

Borrelien
Leptospiren
Treponema

Morphologie und Charakteristik

Morphologie

Aufbau Spirochäten — Brudersohn, CC BY-SA 3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons

Die Spirochäten (Spirochaetales) bilden eine Gruppe gram-negativer 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 ca. 5-250 µm und ihr schmaler Durchmesser von 0,1-0,6 µm, wodurch sie oft schwer unter einem Standard-Lichtmikroskop darstellbar sind.

Zellaufbau

Der Zellaufbau der Spirochäten von innen nach außen ist wie folgt:

Zytoplasma mit Organellen
Zytoplasmamembran (= Zellmembran)
Zellwand mit dünner Peptidoglykanschicht
Periplasmatischer Spalt
Flagellen
Äußere Hüllmembran

Ihr Zellleib ist länglich, zylinderartig und erinnert an einen “Zytoplasmaschlauch”. Er ist in sich gewunden und beweglich, wodurch die Zelle eine hohe Flexibilität erhält.

Außerhalb der Zellmembran entspringen an den Zellpolen Flagellen, die sich von außen um das zylinderartige Zellgerüst legen und sich in der Mitte überlappen. Sie bilden somit ein Flagellenbündel, das vom einen zum anderen Zellpol reicht und als “Axialfilament” bezeichnet wird. Die Flagellen werden von einer zusätzlichen äußersten Hüllmembran umgeben und bleiben somit trotzdem “intrazellulär” - Spirochäten haben also, gegensätzlich zu den meisten anderen Bakterien, eine innenliegende Geisel. Die Flagellen werden deshalb auch als „Endoflagellen“ bezeichnet.

Beweglichkeit

Die charakteristische Beweglichkeit der Spirochäten ist ein wesentliches Merkmal ihrer Pathogenität.

Die Endoflagellen im Inneren der Leptospira ermöglichen durch Rotation eine korkenzieherartige, spiralige Fortbewegung. Die Art der Bewegung befähigt die Bakterien, in Gewebe einzudringen und sich durch komplexe Umgebungen wie Schleimhäute oder Kapillaren zu bewegen. Damit sind sie gegenüber dem Immunsystem schwerer angreifbar.

Gramverhalten

Spirochäten zeigen sich in der Gramfärbung als gramnegativ. Wegen ihres geringen Durchmessers nehmen sie die Färbung jedoch oft schlecht auf und sind zu dem unter dem Lichtmikroskop schwer darstellbar.

Alternative Färbe-/Darstellungsmethoden:

Dunkelfeldmikroskopie: Spirochäten werden durch spezielle Beleuchtung dargestellt
Silberimprägnation: mithilfe von Silber werden Bakterien deutlicher gefärbt und können unter dem Mikroskop besser dargestellt werden
Giemsa-Färbung: v.a. zur Darstellung von Borrelien geeignet

Sauerstoffbedarf

Der Sauerstoffbedarf der Spirochäten unterscheidet sich je nach Gattung. Sie können anaerob, mikroaerophil oder aerob sein.

Sauerstoffbedarf	Beschreibung	Erreger
(Obligat) anaerob	Empfindlich gegenüber Sauerstoff Kann nur in Umgebungen mit sehr sehr niedriger bis keiner Sauerstoffkonzentrationen überleben	Treponema pallidum (teilweise auch mikroaerophil)
Mikroaerophil	Bevorzugt Umgebungen mit niedriger Sauerstoffkonzentration, ist jedoch nicht obligat anaerob Geringe Mengen Sauerstoff werden toleriert und für Wachstum benötigt Hohe Sauerstoffkonzentrationen sind für das Bakterium schädlich	Borrelia burgdorferi Treponema pallidum
(Obligat) aerob	Sauerstoff wird für Wachstum und Vermehrung benötigt Gutes Überleben in sauerstoffreichen Umgebungen	Leptospirans interrogans

Übersicht: klinische Relevanz

Die klinische Relevanz wird in einem gesonderten Artikel über das Krankheitsbild genauer beleuchtet (Artikel im Abschnitt des jeweiligen Erregers verlinkt). Für eine grobe Übersicht der klinischen Relevanz der Spirochäten dient untenstehende Tabelle:

Erreger	Borrelien	Leptospira	Treponema
Klinische Manifestation	Lyme-Borreliose Rückfallfieber	Leptospirose	Syphilis / Lues
Antibiotika	Doxycyclin Amoxicillin Ceftriaxon	Doxycyclin Amoxicillin Azithromycin	Penicilin

Borrelien

Zusammenfassung

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

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

Zu den medizinisch wichtigsten Arten gehören Borrelia burgdorferi, der Erreger der Lyme-Borreliose, und Borrelia recurrentis, der Auslöser des Rückfallfiebers. 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 oder PCR.

Merke
Merkhilfe zu Borrelia spp.
In unserer Merkhilfe zu den Erregern mit atypischem Gramverhalten steht:
Borris: für die Gattung der Borrelien
Wandern: erinnert an die häufigste klinische Manifestation einer Borrelia burgdorferi Infektion: das Erythema migrans, auch Wanderröte genannt
Tee: erinnert an den Rest des Merkspruchs: er schlürft leidenschaftlich Tee
Schlürfen: erinnert daran, dass die Borrelien eine Untergruppe der Spirochäten sind
Tee: erinnert an den nächsten Erreger im Merkspruch, die Treponema spp.

Taxonomie und Klassifikation

Taxnomoie Borrelia spp. — Taxonomie zu den Borrelia spp.

Klasse: Spirochäten (Spirochaetia)
Ordnung: Spirochaetales
Familie: Spirochaetaceae
Gattung: Borrelia
Spezies:
Wichtige humanpathogene Vertreter:
- Borrelia burgdorferi spp.
- B. duttoni
- B. hermsii
- B. afzelii
- B. garinii
- B. recurrentis

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

Morphologie und Charakteristik

Borrelia spp. — Photo Credit:Content Providers(s): CDC, Public domain, https://creativecommons.org/publicdomain/mark/1.0/deed.en, via Wikimedia Commons

Morphologie: schraubenförmig (Spirochäten), periplasmatische Flagellen (= Endoflagellen)
Größe: Länge zwischen 10–30 µm, Breite etwa 0,2–0,5 µm
Beweglichkeit: korkenzieherartige, rotatorische Bewegung durch Endoflagellen, stark beweglich
Gram-Färbung: gramnegativ (dünne Peptidoglykanschicht, aber schlecht anfärbbar mit Gram-Färbung, daher oft in Spezialfärbungen, z.B. Giemsa-Färbung, sichtbar)
Verkapselung: keine Kapsel, jedoch zusätzliche äußere Hüllmembran
Sauerstoffbedarf: mikroaerophil (wachsen am besten in sauerstoffarmen Umgebungen)
Invasion: nein, extrazellulärer Erreger

Epidemiologie & klinische Relevanz

Borrelia spp. sind weltweit verbreitet, wobei verschiedene Spezies je nach geografischem Gebiet unterschiedliche Krankheitsbilder verursachen. Die beiden wichtigsten Erkrankungen, die durch Borrelia-Spezies verursacht werden, sind Lyme-Borreliose und Rückfallfieber.

Erreger	Krankheitsbild	Geographische Verteilung	Reservoir	Infektionsweg & Vektoren	Risikofaktoren
Borrelia burgdorferi	Lyme Borreliose	Europa, Nordamerika, Asien	Kleine Nager Rotwild	Übertragung durch Schildzecken (Ixodes spp.) Meist nach 24–48 Stunden Zeckenkontakt	Aufenthalt in Waldgebieten, hohem Gras V.a. Frühling und Sommer
Borrelia duttoni Borrelia hermsii	Zeckenrückfallfieber	Afrika, Saudi-Arabien, Iran, Indien, Zentralasien Selten Amerika, Südeuropa	Mensch Nagetiere	Übertragung durch Lederzecken (Ornithodoros spp.)	Enge Lebensbedingungen Schlechte Hygiene Katastrophengebiete
Borrelia recurrentis	Läuserückfallfieber	Nordafrika Südamerika Selten Asien	Mensch	Übertragung durch Kopf- und Kleiderläuse (Pediculus spp.)

Erreger

Krankheitsbild

Geographische Verteilung

Reservoir

Infektionsweg & Vektoren

Risikofaktoren

Borrelia burgdorferi

Lyme Borreliose

Europa, Nordamerika, Asien

Kleine Nager
Rotwild

Übertragung durch Schildzecken (Ixodes spp.)
Meist nach 24–48 Stunden Zeckenkontakt

Aufenthalt in Waldgebieten, hohem Gras
V.a. Frühling und Sommer

Borrelia duttoni

Borrelia hermsii

Zeckenrückfallfieber

Afrika, Saudi-Arabien, Iran, Indien, Zentralasien
Selten Amerika, Südeuropa

Mensch
Nagetiere

Übertragung durch Lederzecken (Ornithodoros spp.)

Enge Lebensbedingungen
Schlechte Hygiene
Katastrophengebiete

Borrelia recurrentis

Läuserückfallfieber

Nordafrika
Südamerika
Selten Asien

Mensch

Übertragung durch Kopf- und Kleiderläuse (Pediculus spp.)

Borrelien Epidemiologie Karte — Geographische Verteilung der Borrelia spp.

Zusatzwissen: Virulenzfaktoren der Borrelia spp.

In der folgenden Tabelle werden einige der wichtigsten Virulenzfaktoren sowie Pathogenitätsmechanismen der Gattung “Borrelia spp.” genauer beleuchtet.

Das Zusammenspiel der Virulenzfaktoren lässt Borrelia burgdorferi spp. besonders widerstandsfähig gegenüber der Immunantwort sein, und ermöglicht eine systemische und langanhaltende Infektion, die mit Lyme-Borreliose-assoziierten Komplikationen einhergehen kann.

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

Pathogenitätsmerkmal	Virulenzfaktor	Funktionsmechanismus
Motilität	Endoflagellen	Schraub-/rotationsartige Bewegung → Ermöglicht Eindringen in intakte Gewebe und Flüssigkeiten, sowie Erreichen von "Körpernieschen"
Adhäsion	Bindeproteine (=Adhäsine), Z.B. BBK32, Decorin	Ermöglichen: Bindung an Fibronektin (Strukturprotein der extrazellulären Matrix) → V.a. in Gelenken und Haut Bindung an Decorin, (reichlich in Bindegewebe vorhanden), unterstützt Persistenz in spezifischen Geweben, z.B. in Gelenken und Gehirn → Fördern Gewebeinvasion
Immunsuppression / Immunevasion	Antigenvariation, V.a. VlsE-Protein	Antigenvariation des VlsE-Proteins (Variable major protein-like sequence expressed) durch genetische Rekombination → Erschwert Immunsystem die Erkennung und Elimination von Borrelien
Tick-Speichelproteine	Borrelien nutzen Proteine des Zeckenspeichels Entzündungsmediatoren und Rekrutierung von Immunzellen (v.a. Makrophagen und Granulozyten) werden durch sie gehemmt → Erleichtertes Eindringen

Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.