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L&M-4-2011 > E. coli - Darmpathogene Varianten

E. coli - Darmpathogene Varianten

Österreich wurde weitgehend von der hauptsächlich im Norden Deutschlands aufgetretenen EHEC-Epidemie verschont. Ausländische Patienten mit HUS oder EHEC wurden bislang aus mehreren EU-Staaten sowie aus der Schweiz, Kanada und den USA gemeldet. Bei diesen Patienten war meist ein Bezug zu Deutschland bekannt, wie das RKI meldete. Bei den vereinzelt in Österreich aufgetretenen Fällen handelte es sich um Personen, die sich zuvor in Deutschland bzw. Frankreich aufgehalten hatten. labor&more hat in Österreich bei der Mikrobiologin und EHECExpertin Dr. Sabine Schlager nachgefragt, wie die seit dem Ausbruch des neuen Stammes ins Visier geratenen Erreger einzuordnen sind.

Escherichia (E.) coli-Stämme kommen physiologischerweise im Darm des Menschen und anderer Warmblütler vor. Sie sind zum größten Teil apathogen, es treten jedoch auch pathogene Formen auf: Diese unterteilt man in extraintestinale pathogene E. coli (ExPEC) und darmpathogene E. coli.

Die pathogenen Varianten unterscheiden sich von den apathogenen E. coli und voneinander durch die Präsenz verschiedener Pathogenitätsgene. Chromosomale Pathogenitätsinseln, Plasmide, Transposons und Bakteriophagen fungieren als Träger dieser virulenzdeterminierenden Gene. Molekularepidemiologische Untersuchungen zeigen, dass sich das Serovarspektrum sowie das Virulenzprofil der darmpathogenen E. coli kontinuierlich verändert haben [1]. Aufgrund des Erwerbs genetischer Elemente durch horizontalen Gentransfer haben sich im Laufe der Zeit neu auftretende Stämme entwickelt, wie man dies auch bei dem Shigatoxin bildenden, enteroaggregativen E. coli-Ausbruchsstamm O104:H4 in Deutschland beobachten konnte [2].

Einteilung

Bei den darmpathogenen E. coli unterscheidet man sechs Pathovare [3,4]:

Diffus adhärierende E. coli (DAEC)

DAEC haften mittels spezieller Adhärenzfaktoren (Afa-Dr Fimbrien) in einem diffusen Muster an Enterozyten des Dünndarms. Diese Bindung führt zur Elongation und schließlich zur Zerstörung des Bürstensaums. DAEC verursachen Durchfälle bei Kindern zwischen 18 Monaten und fünf Jahren sowie wiederkehrende Harnwegsinfekte bei Erwachsenen.

Enteroaggregative E. coli (EAEC)

EAEC binden mithilfe von Adhärenzfimbrien (AAF) an die Mukosazellen. Die dadurch gesteigerte Schleimproduktion verhindert die Ausscheidung der EAEC und führt zu einer Malabsorption. Weiters kommt es zur Sezernierung von Zyto- und Enterotoxinen und dadurch zu Zellschäden in der intestinalen Mukosa. EAEC führen zu akuten Durchfallerkrankungen, aber auch zu chronisch rezidivierenden Diarrhoen. Es kommt zu wässrigem Durchfall mit Schleimbeimengungen, häufig begleitet von Fieber, Erbrechen und Tenesmen. Bei Immunsupprimierten zählen EAEC mit zu den häufigsten Verursachern einer bakteriellen Enteritis.

Enteroinvasive E. coli (EIEC)

Der Hauptwirkort der EIEC ist wie bei den Shigellen das Colon. Sie können in die Darmepithelzellen eindringen und sich hier vermehren. Zu dieser Invasivität werden sie durch den Besitz eines ca. 200 kb großen Plasmids (pINV) befähigt, das sich auch bei einigen Shigellen-Arten findet. EIEC können zusätzlich Enterotoxine und Proteasen exprimieren. EIEC rufen eine entzündliche Reaktion mit Ulzerationen der Darmschleimhaut hervor. Dies führt zu ruhrähnlichen, wässrigen oder blutigen Durchfällen, begleitet von Fieber und Bauchkrämpfen.

Enteropathogene E. coli (EPEC) oder „Dyspepsiecoli“

EPEC kolonisieren mithilfe von „bundle forming pili“ (Bfp) die Oberfläche von Dünndarmepithelzellen. Intimin, ein Protein der äußeren Bakterienmembran, vermittelt eine noch viel engere Bindung zwischen Wirtszelle und EPEC. Zusätzlich kommt es durch Expression spezieller Fimbrien zur Vernetzung der Bakterien untereinander. Dieses Verhalten nennt man lokalisierte Adhärenz und ist ein typisches Merkmal von EPEC. Bei Säuglingen rufen EPEC wässrige oder breiige Durchfälle mit Schleimbeimengungen hervor, die in einer Toxikose enden können („Säuglingsdiarrhoe“). Sie sind heute noch eine mögliche Todesursache bei Säuglingen, wenn eine adäquate Therapie nicht oder zu spät durchgeführt wird.

Enterotoxinbildende E. coli (ETEC)

ETEC interagieren mithilfe verschiedener Kolonisationsfaktoren (CFs) mit den Epithelzellen des Dünndarms. Die charakteristische Eigenschaft von ETEC ist die Fähigkeit zur Produktion hitzestabiler und/oder hitzelabiler Enterotoxine. Die hitzestabilen Enterotoxine (ST) werden in STa und STb unterteilt. Sie aktivieren die zelluläre Guanylatcyclase, was in Folge zu einer vermehrten Wasserabgabe der Enterozyten ins Darmlumen führt. Das hitzelabile Enterotoxin (LT), welches zu 80 % ident zum Choleratoxin ist, aktiviert hingegen die zelluläre Adenylatcyclase und führt auf diese Weise zur erhöhten Abgabe von Wasser aus den Enterozyten ins Darmlumen. Mehr als 50 % der Fälle von Reisediarrhoe werden durch ETEC hervorgerufen („Montezumas Rache“). Sie verursachen 7–14-tägige wässrige Durchfälle, die mit bedrohlichen Flüssigkeitsverlusten und Elektrolytverschiebungen einhergehen können. Weiters können Abdominalkrämpfe, Übelkeit und Fieber auftreten.

Verocytotoxin/Shigatoxin bildende E. coli (VTEC/STEC), mit enterohämorrhagischen E. coli (EHEC) als Untergruppe

Shigatoxine (Stx, auch: Verotoxine, Verocytotoxine, Shiga-like Toxine) sind die Hauptpathogenitätsfaktoren von VTEC/STEC. Shigatoxine sind Inhibitoren der eukaryontischen Proteinbiosynthese. Serologisch werden zwei Shigatoxin-Familien unterschieden: Stx1 und Stx2. Innerhalb jeder Familie gibt es Toxinvarianten, die mit unterschiedlichen Schweregraden des Krankheitsbildes assoziiert sind. EHEC exprimieren Intimin (gleich wie EPEC), wodurch sich ihre Pathogenität potenziell erhöht. Zu den fünf besonders humanpathogenen EHEC-O-Serogruppen zählen O157, O26, O103, O111 und O145. Freigesetzte Shigatoxine gelangen nach Schädigung des Darmepithels in die Blutbahn und werden durch Anhaftung an Leukozyten zu Nieren- und Hirngefäßendothelzellen transportiert. An diesen Endothelzellen befinden sich Stx-spezifische Rezeptoren und durch Bindung der Shigatoxine an diese Rezeptoren kann es zu systemischen Komplikationen kommen. Der zuerst wässrige Durchfall geht bei etwa 15 – 20 % der Erkrankten in eine hämorrhagische (blutige) Diarrhoe über. In weiterer Folge kann die Infektion, vor allem im Kindesalter, zu einem hämolytisch-urämischen Syndrom (HUS) führen. Dabei folgen der Durchfall-Symptomatik nach kurzem Intervall die charakteristischen nephrologischen und hämatologischen Veränderungen. Weiters kann es zu zerebralen Krampfanfällen, Koma und Hirnödem kommen. Diese Komplikationen führen in 3 – 10 % der HUS-Fälle zum Tod im akuten Stadium.

Übertragung

Die Übertragung von E. coli kann durch verunreinigtes Trinkwasser (alle Pathovare), Badewasser (EPEC, VTEC/STEC), den Konsum von kontaminierten Lebensmitteln (alle Pathovare) und durch Mensch- zu- Mensch Kontakt (alle Pathovare) erfolgen. VTEC/STEC sind zusätzlich als Zoonoseerreger (von Tieren, die als Reservoir fungieren, übertragbar) einzustufen.

Diagnostik

Für den Nachweis und die Unterscheidung der einzelnen Pathovare werden jeweils spezifische Pathogenitätsgene mittels Polymerase chain reaction (PCR) aus der Stuhl- Anreicherung detektiert. (z.B.: DAEC: afa, dra; EAEC: aafA, aggA; ‚EIEC: ipaH; EPEC: eae, bfp; ETEC: estA, eltA; VTEC/STEC: stx1, stx2, eae). Die ätiologische Abklärung mit Nachweis des Erregers ist nur im Falle eines lebensmittelassoziierten Ausbruchs erforderlich, bei Einzelfällen (außer bei Verdacht auf VTEC/STEC und EIEC) jedoch nicht zielführend, da die Erkrankungen in den meisten Fällen selbstlimitierend sind. Im Gegensatz dazu ist eine frühzeitige VTEC/ STEC-Diagnose von großer Bedeutung, da einerseits bei einer VTEC/STEC-Erkrankung eine Antibiose kontraindiziert ist, andererseits es bei positivem Befund möglich ist, die Nierenfunktionswerte des Patienten engmaschig zu kontrollieren, um frühzeitig ein HUS erkennen und adäquat darauf reagieren zu können. Aufgrund der niedrigen Infektionsdosis von VTEC/STEC (10–100 Keime) und der Gefährlichkeit ist es hier auch ratsam, Kontaktpersonen zu untersuchen.

Literatur
[1] Friedrich, A.W., Karch, H. (2006) Infektiologie des Gastrointestinaltraktes Teil IV: Infektionen mit enteropathogenen Escherichia coli. ISBN 978-3-540-41359-2, Springer Verlag Heidelberg.
[2] Bielaszewska, M. et al. (2011) Characterisation of the Escherichia coli strain associated with an outbreak of haemolytic uraemic syndrome in Germany, 2011: a microbiological study. The Lancet Infectious Diseases, Early
Online Publication, 23 June 2011.
[3] Croxen, M.A., Finlay, B.B. (2010) Molecular mechanisms of Escherichia coli pathogenicity. Nature Reviews Microbiology Vol 8, 26-38.
[4] Schlager, S. (2011) Laborbefunde und ihre klinischen Interpretationen,
Mikrobiologie: Darmpathogene E. coli-Stämme. In press. Spitta Verlag.

L&M 4 / 2011

Diese Artikel wurden veröffentlicht in Ausgabe L&M 4 / 2011.
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