Medizinische Mikrobiologie
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Medizinische Mikrobiologie Arbeitsgebiete der medizinischen Mikrobiologie Die Geschichte der Mikrobiologie Erreger der Infektionskrankheiten Zytologie, Physiologie und Genetik der Bakterien „Mikrobiologie ist die Lehre von Lebewesen, die als Individuen nur mikroskopisch sichtbar sind” (Pasteur) Prokaryonten leben auf der Erde - 2,5 x 1030 Festland Erdboden 4% Tiefengestein 60% Ozeane Bis 200 m Tiefe 2% Reste 34% HARMLOS Fermentation: Wein, Bier, Brot Pharmaindustrie: Antibiotika Normal Flora HARMVOLL Pflanze Tiere Menschenpathogene Keime Einzelligen Mikroorganismen Bakterien Sprosspilze Protozoen Mikroskopische Untersuchungs verfahren Viren mit Elektromikroskopie Subzellulären Partikeln Viren Prionen Vielzellige Organismen Fadenpilze Würmer Bakterien, Pilzen, Protosoen und Eier der Helminthen mit Lichtmikroskopie Starten „ Generatio spontanea” Theorie Aristoteles (384-322 B.C.) Lebewesen können jederzeit spontan und direkt aus totem Material entstehen (Fliegen) lebenden Antsteckungsstoff „contagium vivum” Theorie Kontagiöse Verbreitung von Syphilis Linse des Objektivs am Ende eines verstellbaren Blasebalgs Licht wurde durch eine einzige Linse auf das Objekt fokussiert Robert Hooke: Entdecker der Mikroorganismen und Zellen (Jahr 1654) Zeichnung von Hooke der Fruchtkörper eines blauen Schimmelpilzes, der auf der Oberfläche von Leder wuchs Micrographia, 1654 1673 Erste Beschreibung und Illustration von Mikroben Royal Society, London, 300 Briefe 1675 Human Erithrozyten 1677 Human Spermatozoa 1683 Zahnbelag Pockenvieren Kuhpockenvieren „Retter der Mütter” Prävention des Kindbettfiebers (Sepsis) Pathogen ist nicht bekannt Chlorkalkwasser Händewaschung Widerlegung der Spontanzeugung Entwicklung effektiver Sterilisierungsverfahren (Pasteurisierung) Entwicklung von Impfstoffen (1880-90; Milzbrand, Geflügelcholera, Tollwut) Entdeckung der Milchsäurebakterien Begründer der modernen Bakteriologie und klinischen Infektiologie Entdeckung des Milzbrand(Anthrax)-Erregers (1876) Entdeckung des Tuberkuloseerregers (1882) Entdeckung des Choleraerregers (1884) Nobelpreis für Medizin (1905) Die Koch´schen Postulate Agarplatte, Reinkultur Jede Kolonie enthält Millionen Bakterien, die von einer Zelle abstammen (Klon) Kontaminirte Agarplatte Reinkultur Die Infektion erfolgt über kranke Tiere oder durch kontaminierte tierische Produkte Berufskrankheit Hautmilzbrand Lungenmilzbrand Darmmilzbrand Hautmilzbrand Die Erreger dringen durch Hautverletzungen ein Pustula maligna ▪ An der Infektionsstelle entwickelt sich eine schmerzlose Papel mit starkem, ödematosem Rand ▪ Der Zentrum zerfällt schwarz nekrotisch ▪ Von diesem primären Herd aus kann es zu einer Sepsis kommen Pustula maligna + Oedema Lungenmilzbrand Inhalation von sporenhaltigem Staub Hämorrhagische Pneumonie mit Fieber und einem massiven Ödem in Thorax Mediastinitis, Sepsis, Tod Darmmilzbrand Nach Genuβ kontaminierter Lebensmittel kann es zu einer tödlichen Enteritis mit blutigen Durchfall und Erbrechen kommen Mediastinal widening Source: CDC Anthrax Images … and pleural effusion Fleisch von infizierten Rinden war verkauft, und 6 Patienten ins Krankenhaus gebracht mit Darm-Anthrax Symptomen Die Katastrophe Männer inspizierten die Gegend, auf der Suche nach toten Tieren Mycobacterium tuberculosis „Koch bacillus” Tuberkelbakterium Vibrio cholerae Reiswasserartige Durchfälle Flüssigkeitsverlust, Exsikkose, hypoton Schock, Tod Nachweis, daß ein spezifischer Mikroorganismus eine spezifische Erkrankung bewirkt 1. Der mutmaßliche Erreger muss immer mit der Krankheit assoziiert sein und in gesunden Tieren nicht nachgewiesen werden 2. Der mutmaßliche Erreger muss in Reinkultur gezüchtet werden 3. Eine Reinkultur des mutmaßlichen Erregers muss im gesunden Tier die Krankheit auslösen 4. Der Organismus muss reisoliert werden und identisch mit dem ursprünglichen Erreger sein Entdeckung der ersten Vieren Tabakmosaikkrankheit Filtrierbarkeit des Erregers Theoretische Grundlagen von moderne Immunologie Diphtheria antitoxin Salvarsan, organische Arsen Derivaat, erste effektiv Therapie von Syphilis 1910 1928 entdeckte das Penicillin 1939 Sir Howard Walter Florey (1898 – 1968), Ernst Boris Chain (1906 – 1979) haben Penicillin in reiner Form dargestellt 1941 in die Therapie eingeführt 1945 Nobelpreis: Fleming, Florey, Chain ANTIBIOTIKUM Jahr der Entdeckung Jahr des ersten Resistenz Sulfonamides 1930 1940 Penicillin 1943 1946 Streptomycin 1943 1959 Chloramphenicol 1947 1959 Tetracycline 1948 1959 Erythromycin 1952 1988 Methicillin 1960 1961 Ampicillin 1961 1973 Cephalosporins 1960s spät 1960s Palumbi, S.R. 2001. Humans as the World's Greatest Evolutionary Force. Science 293: 1786-1790. Jetzt: neue Antibiotika Genetische Methode Neue Krankheiten USA Ungarn Legionellosis Lyme AIDS 1976 1979 1981 1980 1981 1986 Neue Pathogene Prione, SARS Neue Probleme Nosokomiale Infektion Immunschwäche Patienten Legionella pneumophila- 1976/77 Helicobacter pylori – 1983 Chlamydophyla pnumoniae-1907 Borrelia burgdorferi-1982 HIV (retrovirus) – 1981 Ebola virus (filovirus) - 1977 HHV-8 (herpesvirus) - 1994 Coronavirus – 2003 Avian Influenza (H5N1)-1997 Influenza virus (H1N1) -2009 Prionen LEGIONELLOSE MAGENGESCHWÜR ARTERIOSCLEROSE LYME-BORRELIOSE AIDS HEMORRHAGISCHES FIEBER KAPOSI’S SARCOMA SARS 1976 erkrankten nach einem Treffen von 4500 Veteranen in Philadelphia 221 Personen an Lungenentzündungen, 34 davon starben Ca. ein halbes Jahr danach gelang es, aus Leichenmaterial ein bis dahin unbekanntes Bakterium zu isolieren Diese Bakterien wurden später Legionellen genannt Germany’s largest outbreak, Dec. 2009 Rund um die Ende 2009 rund 65 deutsche Einwohner zwischen 27 bis 96 Jahren vergebene Legionärskrankheit, von denen fünf starben. Fast alle von ihnen lebten oder arbeiteten in Ulm oder Neu-Ulm, in Südwest-Deutschland. Die Ermittler vermuteten einen Kühlturm war die Quelle der Verunreinigung, obwohl der Ausbruch im Winter aufgetreten. Reservoir: Acanthamoeba palestinensis • natürliches Vorkommen: Süßwasser, • Vermehrungstemperatur: zwischen 25° und 50°C; • Vermehrung intrazellulär in Protozoen • Biofilm! Legionella pneumophila Infektionsquelle, Vorkommen: ubiquiter (Klimaanlagen, Gewässern,feuchtes Boden, Biofilms) Einatmen kontaminierter Aerosole Trinken kontaminierten Wassers (nur bei abwehrgeschwächten Patienten) Gekrümmte Stäbchen mit Geißeln Entdeckt von Barry Marshall und Robin Warren 1982 Epidemiologie Weltweit verbreitet Keine Sezonalität In niedrigen sozio-ökonomischen Schichten: Inzidenz Reservoir: Mensch Übertragung Fäkal-oral Oro-oral (Speichel) Endoskop! Klinik Akute Gastritis Chronische-aktive Gastritis Gastroduodenale Ulcuskrankheit Tumorbildung H. pylori auf Magenschleimhaut , SEM Chronische Gastritis Duodenale Ulcer Antral Adenokarzinom gastroskopischen finden Adenokarzinom des Magens mit Lebermetastasen and Aszites In einem spektakulären Selbstversuch schluckte der Australier 1983 einen speziell gemixten Cocktail mit Milliarden von Bakterien - schon eine Woche später tauchten die ersten akuten Symptome einer Magenschleimhautentzündung (Gastritis) auf, die er mit Antibiotika rasch heilte. Die Fachwelt ignorierte die Ergebnisse anfangs Fachzeitschriften weigerten sich anfangs, die verfassten Artikel zu veröffentlichen - so unglaublich erschien ein lebendes Bakterium im Magen. Immerhin: Eine Lokalzeitung in Perth berichtete über die bahnbrechende Entdeckung 1994 Die Erkenntnisse wurden von der Rat der Nationalen Gesundheitsinstitute (NIH), anerkannt. Im selben Jahr stufte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) Helicobacter pylori als Krebs erregend ein. 2005 !!! Marshall und Warren den Nobelpreis erhielt USA Hirschzecken „Blacklegged” Zecken Europa Shafzecken (Ixodes ricinus) Krankheit Lyme Borreliose Die erreger werden durch den Biß von Zecken übertragen ▪ 1. Stadium Erythema chronicum migrans (Konzentrische Hautrötung mit zentraler Abblassung um der Eintrittsort) ▪ 2.Stadium ▪ Hautläsionen Acrodermatitis chronica atrophicans Lymphadenosis benigna cutis ▪ Meningopolyneuritis ▪ Karditis ▪ Arthritis Acrodermatitis chronica atrophicans Erythema chronicum migrans Lymphadenosis benigna cutis Fluss Ebola in der Demokratischen Republik Kongo, in dessen Nähe den ersten allgemein bekannten, großen Ausbruch verursacht hatten Reservoirwirt ist unnbekant (Nilflughunde) Filoviren Übertragung: von erkrankten Menschen, Tieren, kontaminierten Gegenständen „Buschfleish” Lebensweise ist Jäger und Sammler des Proteinanteils der Nahrung ist 50-80% Auf einem Markt in Kamerun Inkubationszeit: 2-21 Tagen Die Infektion breitet sich auf den ganzen Organismus aus und zerstört die kapillaren Blutgefäße Blutungen im Magen-Darm-Kanal, in der Milz und in der Lunge führen zum Tode. Symptomen Hohes Fieber mit > 38,5 °C Erste Symptome ähnlich wie bei einer beginnenden Grippe Übelkeit, Erbrechung, Durchfälle innere Blutungen (Nieren, Leber, Haut, blutiger Stuhl, Urin) Kreislaufzusammenbrüche, Lähmungen, Krämpfe Desinfizierung Laborarbeit die Patientenversorgung in spezieller Schutzkleidung Symptomatische Therapie in Sonderisolierstationen für hochinfektiöse Patienten Antikörper : „Zmapp” Hergestellt von Firma Mapp Biopharmaceutical aus San Diego die Behandlung von zwei US-amerikanischen Infizierten war erfolgreich Der Impfstoff besteht aus einem SchimpansenAdenovirus, dem zusätzlich gentechnisch ein EbolaVirusprotein eingepflanzt wurde, das eine Immunantwort auslöst. Der Schimpansen-Adenovirus wurde als Vehikel für das Ebola-Virusprotein ausgewählt, da er normalerweise keine Erkrankung beim Menschen auslöst. Seit September 2014 wird erstmals ein Impfstoff gegen das Ebolavirus vom National Institutes of Health der Vereinigten Staaten auf seine Verträglichkeit an zwanzig gesunden Probanden geprüft. Ebolafieber-Erkrankungs- und Todesfälle 2014 Land Erkrankung sfälle Todesfälle Guinea 771 494 Liberia 1698 871 Nigeria 21 7 Sierra Leone 1216 Senegal 476 1 Insgesamt in 3707 Westafrika 1848 Grundlagen der Bakteriologie Bakterien Grundformen Kokken- Kugeln Diplokokken Streptokokken Staphylokokken Bazillen- Stäbchen Schraubenförmige Bakterien Spirillum Treponema Borrelia Leptospira Essenziale Bestandteile Zellkern-äquivalent Zytoplasma Zytoplasmamembran Zellhülle-Zellwand Akzessorische Bestandteile Kapsel Geiβeln Pili Sporen Nukleoid Zirkuläre DNS Ohne Histon Ohne einer Membranumgebung An einer Stelle mit der Zytoplasmamembran verbunden Plasmid Fehlen Golgi Apparat Mithochondrien Endoplasmatisches Reticulum Ribosomen Doppelschihtstruktur aus Lipiden Hydrophobe Fettsäureketten in der Mitte Hydrophile Lipidgrenzschichten nach auβen Proteine Transportproteine Enzyme für terminaler Oxydation PBP Mesosomen Um die Zytoplasmamembran Wasserenthaltendes Medium mit Proteinen und polysachariden Inaktivisierung der Schwermetallderivate und Antibiotiken Zuckerketten von zwei Aminozuckern N-Acetylglükosamin N-Acetylmuraminsäure Pentapeptiden G+ Bakterien 30-40 Schichten G- Bakterien 1-2 Schichten Assymetrische doppelschichtige Membran Innere Hälfte aus Phospholipiden Äuβere aus Lipopolysaccharide ▪ Lipid-A / Endotoxin ▪ Kernpolysaccharid ▪ O-Antigen ▪ Glänzende (smooth) Kolonien SFormen ▪ Matte, rauche (rough) Kolonien R-Formen G+ Bakterien Zytoplasmamembran Periplasmatischer Raum Peptidoglykan von 30-40 Schichten G- Bakterien Zytoplasmamembran Periplasmatischer Raum 1-2 Schihte von Peptidoglykan Äuβere Membran Gram Färbung 1.Gentianviolett 2 min. Farbe abgiessen, nicht abspülen 2.Lugolische Lösung 1 min. Abgiessen, nicht abspülen 3.Entfärben mit alkohol bis farblos 4.Spülen mit Wasser 5.Fuchsin 1 min. 6.Spülen mit Wasser Geiβel 0,01 µm „bewegungsorgane” Basalkörper Flagellin- H-Antigen (hauch) Monotrich Begeiβelung Amphitrich Lophotrich Amphilophotrich Peritrich Pili, Fimbrien Dünne, kurze, starre und rohrenförmige Gebilde Pilin Funktionen ▪ Sex ▪ Adhäsine Sporen Hypometabolische Zellformen Wiederständsfähig gegen ▪ Hitze ▪ Austrockung ▪ Chemikalien ▪ Strahlen Zwei sporenbildende Gattungen ▪ Clostridien ▪ Bazillen Clostridium Bacillus G+ G+ Anaerobe Aerobe Die Sporen deformieren Die Sporen deformiert die vegetative Zellen nicht die vegetative Zellen ▪ Mittelständig ▪ Endständig ▪ mittelständig
