Mikrobiologie 1

advertisement
Medizinische Mikrobiologie einschließlich Hygiene
Lebewesen
Pflanzenreich
Tierreich
Protisten
Prokaryonten
Eukaryonten
Einzeller
Protisten : einzellige, mikroskopisch kleine Lebewesen (Pflanzen und Tiere)
Bakterien, Blaualgen, Algen, Pilze und Protozoen
Eukaryonten : „Höhere Protisten“
einzellige Lebewesen mit echtem Zellkern
 Pilze, Protozoen, viele Algen
Protozoon, -a : tierische Protisten mit echtem Kern
Merkmale: - von Membranen umgebene Organellen (Chloroplasten, Mitochondrien)
- 80S-Ribosomen
- eine arttypische Anzahl von Chromosomen, die zu einem von einer Membran
umgebenen echten Zellkern organisiert sind
Prokaryonten : „Niedere Protisten“
einzellige Lebewesen ohne echten Zellkern, besitzen einen „Vorkern“, sind älter als die
Eukaryonten
 Blaualgen, Bakterien (Schizomyzeten)
Merkmale: - das Fehlen von Organellen, die von Membranen umgeben sind
- kleinere Ribosomen (70S)
- Kernäquivalent (Nukleoid), wobei die DNA als ein einziges großes Molekül
(=Bakterienchromosom) frei im Zytoplasma liegt
Mehrzeller
* Pflanzen, Moose, Farne, Samenpflanzen
* Metazoon, -a : mehrzelliges Tier
 Schwämme, Polypen, ...
Vertebrata (Wirbeltiere) : Fische Amphibien, Säuger Vögel, Reptilien
( Wirbellose Tiere) : Würmer, Schnecken, Insekten, Scherentiere (Milben, Zecken)
Parasiten : fast alle wirbellosen Tiere, bis auf Schnecken und Krustentiere
Lebewesen ( Tiere, Pflanzen, Bakterien, Pilze, Algen, etc. ), die auf Kosten eines
anderen Lebewesens leben und ihm schaden.
Man unterscheidet : 1. obligate Parasiten, die ganz von anderen Lebewesen leben
2. fakultative Parasiten, die teilweise
3. temporäre Parasiten, die zeitweilig von anderen Lebewesen leben
Außerdem unterscheidet man Ektoparasiten, die auf einem Lebewesen (Oberfläche), bzw.
Endoparasiten, die in einem Lebewesen, z.B. in der Körperhöhle leben.
Für den Menschen wichtige Parasiten sind
1. Bakterien und Viren
2. Pflanzliche Parasiten (Phytoparasiten) : Pilze
3. Tierische Parasiten (Zooparasiten) : Protozoen (Urtierchen), Arthropoden (Gliedertierchen,
überwiegend Überträger von Parasiten), Helminthes (Würmer).
Kommensale = „Mitesser“ ; Lebewesen, die, ohne einander zu schaden noch zu nützen, zusammenleben.
Symbionten =„Zusammenlebende“ zum gegenseitigen Nutzen; ein Organismus kann ohne den anderen nicht
existieren
Unterschiede zwischen Prokaryonten und Eukaryonten
Eigenschaften
Prokaryonten
Eukaryonten
(Bakterien)
(Pilze, Protozoen)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Kernstruktur
nicht mit Proteinen bedecktes
Komplex von DNA und
zirkuläres DNA-Molekül
basischen Proteinen
Lokalisation der
Kernstruktur
als dichtes DNA-Knäul im
Zytoplasma; keine Kernmembran
Nukleotid od. Kernäquivalent
im von einer Kernmembran
umgebenen Nucleus
DNA
ausschließlich im Nukleotid
im Kern und in Mitochondrien
Zytoplasma
keine Mitochondrien und kein
endoplasmatisches Retikulum
70S-Ribosomen
Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum
80S-Ribosomen
Zellwand
meist starre Zellwand mit
Mureinschicht
Ausnahme: Mykoplasmen
nur bei Pilzen vorhanden
Glucane, Mannane, Chitin,
Chitoson, Cellulose
Größe, mittlerer
Durchmesser
Chlamydien: 0,2-1m
Rickettsien: 0,3-0,5 m
andere Bakterien: 1-5 m
Protozoen: 1-150 m
Hefen: 5-10 m
Schimmelpilze nicht definierbar
(Mycel )
Vermehrung
ungeschlechtlich durch
einfache Querteilung
ungeschlechtlich und (meist)
geschlechtlich
_____________________________________________________________________________________
Membran
 Biomembran, Einheitsmembran (bei allen Lebewesen gleich gebaut)
 Abschluß einer Zelle nach außen
 steuert Stoffwechsel von innen nach außen und umgekehrt
 Osmose und aktive Transportsysteme
 besteht aus Phospholipid-Doppelschicht, durchsetzt mit integralen Proteinen, zur Regulierung
des Stoffaustauschs
 nahezu impermeabel für Stoffe (= undurchlässig)
 Stoffe mit amphiphielem Charakter können hindurchtreten
 Spezifität der Membran durch „Tunnelproteine“
 Die polaren Kopfgruppen zeigen nach außen, die unpolaren Fettsäureketten nach innen.
polar
Bindungskräfte
unpolar
polar
Eiweiß
„Tunnelprotein“; es ist Energieaufwand nötig, um die Membran zu durchqueren
Endoplasmatisches Retikulum
Ort der Proteinbiosynthese/ Aminosäurenbiosynthes  „Übersetzung des genetischen Codes“
Mitochondrien
„Kraftwerke der Zelle“ ; Gewinnung der chemischen Energie für den Zellstoffwechsel
Eukaryonten besitzen Mitochondrien mit 70S-Ribosomen, d.h. sie bestizen eine eigene DNA
 Mitochondrien waren einmal Bakterien: Beispiel für Symbiose zwischen Mitochondrien und Eukaryonten
Zellwand
Glyco-Protein-Schicht aus Zuckermolekülen, vernetzt mit Aminosäuren (=Murein)
 Stützwand innerhalb der Bakterienzellwand
R -Z–Z–Z–Z–Z–Z–Z–R
R–Z–Z–Z–Z–Z–Z–Z-R
Genauere Einteilung der Prokaryonten
1. Bakterien mit starrer, dünner Zellwand (gramnegative Bakterien)
2. Bakterien mit starrer, dicker Zellwand (grampositive Bakterien)
3. Bakterien ohne Zellwand, Mykoplasmen
4. Bakterien mit einer Zellwand, die nicht aus Murein besteht, Archaebakterien
Mykoplasmen = Ihnen fehlt im Gegensatz zu allen anderen Bakterien eine Zellwand. Sie haben ein
Vielgestaltiges (pleomorphes) Aussehen in Form von veränderlichen bläschenförmigen
Gestalten.
Chlamydien = haben keine eigene Energiegewinnung  Ernährung durch die Wirtszelle
Rickettsien = haben eigene Energiegewinnung
Bakterien
Bakterien reagieren auf Veränderungen der Umwelteinflüsse durch Mutationen (= Zufällige Änderung des
Erbgutes)
Natürliche Mutationsrate: 10-7 = unter 107 geteilten Bakterien ist eine Mutation
Positive Mutationen: setzen sich durch, wenn Selektionsdruck besteht.
Negative Mutationen: alle anderen Mutationen, die sich unter den gegebenen Bedingungen nicht positiv
auswirken
 Antibiotika müssen gegen Bakterien zielgerichtet eingesetzt werden, damit mutierte Bakterien keinen
Selektionsvorteil erhalten. (Beispiel: Penicillinresistente Bakterien)
Bakterien teilen sich ca. alle 20 Minuten (= Generationszeit)
Bakterien/Mykoplamen wirken parasitär zwischen den Zellen , das Gewebe wird befallen.
 extrazellulärer Mechanismus
Rickettsien/ Chlamydien/ Viren sind obligath intrazellulär parasitär, d.h. sie gehen in die Zelle.
Bakterien besitzen einen hohen osmotischen Druck (ca. 20 bar). Das Muein in der Zellwand dient als
Stützgerüst, damit die Bakterien durch die Osmose nicht platzen. Es ist keine Diffusionssperre.
Infektiöser Hospitalismus : krankenhauserworbene Infektionen
Durch ein geschwächtes Immunsystem können Infektionskrankheiten entstehen,
die mit Antibiotika behandelt werden. Antibiotikaresistente Bakterien lösen eine
neue Infektion aus, die durch Antibiotika nicht mehr abgetötet werden können.
Prokaryonten-Zelle
*Kernäquivalent
* keine Membranen innerhalb der Zelle
*Mesosom ist cytoplasmatische Membran, die sich „aufgewickelt“ hat (existiert eigentlich gar nicht)
* Ribosomen schwimmen frei im Cytoplasma herum
* Bakterien unterscheiden sich in der Dicke der Zellwand: gram-positive und gram-negative Bakterien werden
durchs Anfärben unterschieden
gram-negative Bakterien
Die Mureinschicht ist von zwei Membranen eingeschlossen  Antibiotika können nur schwer in die Zelle
eindringen
____________________
____________________
8 nm cytoplasmatische Membran
******************** 2-4 nm Murein
____________________
äußere Membran
Wirkort
gram-positive Bakterien
Die Mureinschicht ist dicker, aber nicht durch eine äußere Membran abgeschlossen
__________________
__________________
8 nm
cytoplasmatische Membran
80-200 nm Murein
Wirkort von Penicillin
- Lactam-Antibiotika (Penicillin, Cephalosporine)
 verhindern die Mureinbildung; das Enzym, das das Mureingerüst zusammenhält, wird bekämpft
 die Bakterien platzen, weil das verbleibende Mureingerüst nicht stabil genug ist, um dem osmotischen Druck
standzuhalten
Penicillin G und V ist nur gegen grampositive Bakterien wirksam Schmalspektrumantibiotika
P.G. = parenteral verfügbar
i.m/ i.v./ subkutan/...
P.V. = säurestabil  perorale Anwendung
Zur Bekämpfung von gram-negativen Bakterien müssen Breitspektrumantibiotika angewendet werden.
Weil die Wirkung durch die äußere Membran der Mureinschicht herabgesetzt wird, muß die Dosierung erhöht
werden.
Penicillinresistenz
Die Resistenz der Bakterien gegenüber Penicillin wird durch Enzyme verursacht. Die Penicillinasen können
Penicillin spalten und es dadurch für die Bakterien unschädlich machen.
Die Penicillinasen dienen als Gruppenschutz für alle grampositiven Bakterien. Durch Ausschüttung der Lactamase werden auch andere grampositive Bakterien geschützt, die sich in der Nähe aufhalten und selbst keine
-Lactamase produzieren können.
Zur Bekämpfung der resistenten Bakterien müssen Penicilline verwendet werden, die gegenüber der Penicillinase
stabil sind. Substanzen, die ähnlich gebaut sind wie die Penicilline aber keine antibiotische Wirkung besitzen,
besitzen eine hohe Affinität gegenüber der Penicillinase und machen sie unwirksam. Anschließend kann das
Penicillin wirken.
Zu diesen penicillinähnlichen Substanzen gehören: - Clavulansäure
-Lactamähnliche Struktur
- Sulbactam
Grundlagen der antibakteriellen Chemotherapie
Unter antibakterieller Chemotherapie versteht man die Behandlung einer Infektionskrankheit mit Substanzen,
welche die Erreger schädigen und vernichten können. Die verwendeten Substanzen werden als
Chemotherapeutika bezeichnet. Es handelt sich hier um synthetisierte chemische Stoffe oder um von
Schimmelpilzen, Streptomyceten und Bakterien abgegebene Stoffwechselprodukte. Diese biologischen
Stoffwechselprodukte werden auch als Antibiotika bezeichnet. Ziel einer antibakteriellen Chemotherapie ist es,
die mikrobiellen Erreger abzutöten, ohne daß der Mensch Schaden leidet. Diese optimalen Vorstellungen sind
leider nicht immer gegeben, da eine Chemotherapie auch Nebenwirkungen hervorrufen kann. Weiterhin muß man
sich darüber im klaren sein, daß es kein Allheilmittel gegen alle Erreger gibt. Jedes Chemotherapeutikum hat
seine Vor- und Nachteile, insbesondere im Wirkungsspektrum.
Chemotherapeutika
Penicilline
1929 Penicillin G (Benzylpenicillin) als Stoffwechselprodukt des Schimmelpilzes Penicillium notatum
(1941 erste Anwendung am Patienten)
Penicillin V (Phenoxymethylpenicillin): oral verabreichbar
Die Penicilline gehören auch heute noch zu den bestwirksamen und verträglichsten Antibiotika. Die Penicilline
mit einem schmalen Wirkungsspektrum treffen besonders gram-positive Keime (Ausnahme: Enterokokken). Die
-hämolysierenden Streptokokken, aber auch die gram-negativen Neisserien sind noch weitgehend Penicillin-Gempfindlich geblieben. Penicilline mit einem erweiterten Wirkungsspektrum, wie Ampicillin, treffen auch
Enterokokken und verschiedene gram-negative Bakterien, wie z.B. Enterobakterien. Carbenicillin und die
Acylaminopenicilline haben darüber hinaus auch eine gewisse Wirksamkeit gegen Pseudomonas aeruginosa.
Staphyllokokken, welche eine Penicillinase (-Lactamase) produzieren können, sind gegen beide Gruppen von
Penicillinen resistent. Hier kommen dann die sogenannten penicillinasefesten Penicilline zur Anwendung. Die
Aktivität der -Lactamase kann durch bestimmte Substanzen wie durch Clavulansäure oder Sulbactam
weitgehend gehemmt werden. Kombinationspräparate von - Lactamase-empfindlichen Penicillinen (z.B.
Amoxicillin, Ticarcillin) mit solchen -Lactamase-Hemmern haben sich inzwischen in der Praxis bewährt.
Aufbau der Bakterienzelle
Kernäquivalent
(Nukleoid)
Kapsel (fakultativ)
aus Schleim
Zellwand
Zytoplasmamembran
Glykogen-Depots (Granulose)
Pili
Geißeln, Flagelle
Plasmid (verdrillt)
Fimbrien
70S-Ribosomen
Lipidtropfen
Eine Bakterienzelle besteht aus
1. einer relativ starren Zellwand
2. der Zytoplasmamembran
3. dem Zytoplasma
4. dem Kernäquivalent
Zytoplasmamembran und Zellwand werden auch als Zellhülle (cell envelope) zusammengefaßt.
Zusätzliche morphologische Merkmale bei einer Reihe von Bakterienarten sind:
1. Kapseln
2. Geißeln
3. und/oder Fimbrien (Pili)
4. Sporen (Gattung Clostridium und Bacillus)
Das Kernäquivalent (Nukleoid)
Das Nukleoid enthält die Erbinformation (Genom). Es besteht aus einem ringförmig geschlossenen DNAMolekül (dem sogenannten Bakterienchromosom), das in stark gefalteter und verdrillter Form ohne Abgrenzung
durch eine Kernmembran frei im Zytoplasma liegt.
Außer dem Bakterienchromosom können im Zytoplasma von Bakterienzellen noch ringförmig geschlossene,
kleinere DNA-Moleküle vorkommen, die Plasmide.
Plasmide sind genetisches Material, gehören aber nicht zum Nukleoid. Es sind autonom, sich replizierende GenEinheiten, die sich wilkürlich teilen können.
Zytoplasma
Das von der Zytoplasmamembran umschlossene Zytoplasma enthält in Wasser gelöste Salze, Enzyme,
Ribosomen und Strukturproteine, Stoffwechselintermediärprodukte und Ribonukleinsäuren (RNA).
An den Ribosomen findet die Proteinbiosynthese statt, darüber hinaus sind sie ein wichtiger Angriffsort für
chemotherapeutisch bedeutende Antibiotika. Die Unterschiede im Feinbau zu den 80S-Ribosomen der
Eukaryonten ermöglichen eine gezielte Hemmung der bakteriellen Proteinbiosynthese ohne den Wirt zu
beeinträchtigen. Antibiotika, die hier eingreifen, sind u.a. Tetracycline, Chloramphenicol, Erythromycin und
Aminoglykoside.
Häufig befinden sich im Zytoplasma eingelagerte Speicherstoffe, die Granula.
Zytoplasmamembran
Die zytoplasmatische Membran ist als Ort wichtiger Stoffwechselvorgänge für die Lebensfähigkeit der Zelle von
entscheidender Bedeutung. Sie besitzt eine Dicke von 6-8 nm und begrenzt das Zytoplasma und hat den
typischen Aufbau aller biologischen Membranen (Elementarmembran).
Die Membran besteht aus Proteinen (60% des Trockengewichts) und Lipiden (20-30%). Die Lipide (meist
Phospholipide) sind in einer Doppelschicht gelagert, wobei die hydrophile Kopfgruppe jeweils nach außen zu
den wäßrigen Phasen innerhalb und außerhalb der Zelle zeigen,während die hydrophoben Fettsäureketten nach
innen liegen und eine wasserundurchlässige Schicht bilden. In der Doppelschicht sind eine Vielzahl von
Proteinen eingelagert, die die Membran ganz durchkreuzen können (integrale Membranproteine) oder sich nur an
einer Seite befinden (periphere Membranproteine).
Ohne eine intakte Zytoplasmamembran ist eine Bakterienzelle nicht lebensfähig. Sie erfüllt essentielle
Funktionen:
als Permeabilitätsbarriere, die die Akkumulation von Nährstoffen, Metaboliten etc. ermöglicht;
-
als Sitz von spezifischen Transportenzymen, die die selektive Aufnahme und Abgabe von Substanzen
steuern;
als Energie-transduzierende Membran, in der die Elektronentransportsysteme und die ATPase
organisiert sind, die die ATP-Synthese durch Atmungskettenphosphorylierung bewerkstelligen;
als Sitz von Enzymen und Multienzymkomplexen, die komplexe Biosynthesen katalysieren.
Periplasmatischer Raum
Zwischen der Zytoplasmamembran und dem Peptidoglykan (Murein) befindet sich bei gramnegativen Bakterien
der periplasmatische Spalt, der mit Enzymen und anderen Proteinen gefüllt ist. Darunter sind z.B. Hydrolasen,
Phosphatasen, Nukleasen und andere Enzymen, die den Abbau von Polymeren und Oligomeren bewerkstelligen,
um sie in die Zelle aufnehmen zu können.
Auch Antibiotika-inaktivierende Enzyme, wie die -Laktamasen sowie Zellwand auf- und abbauende Enzyme
sind im Periplasma lokalisiert.
Bei den grampositiven Bakterien liegen diese Proteine ebenfalls zwischen Zytoplasmamembran und Zellwand,
jedoch läßt sich hier im Elektronenmikroskop kein deutlich abgegrenzter periplasmatischer Raum erkennen.
Zellwand
Das Peptidoglykan (Murein) als Grundstruktur
Die Bakterienzellen werden in grampositive und gramnegative Bakterien unterteilt. Diese Einteilung ist auf das
unterschiedliche Färbeverhalten zurückzuführen, was wiederum durch den unterschiedlichen Bau der Zellwand
bedingt wird.
Allerdings ist das Gerüst der Zellwand bei grampositiven und gramnegativen Bakterien im Prinzip
übereinstimmend. Es handelt sich hierbei um eine netzartige Struktur von Polysaccharidketten, dem Glykan, die
über kurze, meist vier Aminosäuren lange Peptidketten miteinander verknüpft sind. Dieses dreidimensionale
Makromolekül erstreckt sich sackartig über die gesamte Zelloberfläche. Es gibt der Zelle ihre Form und wirkt als
Exoskelett, das die fluide Membran in osmotisch nicht stabilisiertem Milieu vor dem Zerplatzen schützt.
An dem Aufbau des Glykans sind zwei Aminozucker beteiligt, das N-Acetylglucosamin und die NAcetylmuraminsäure, die sich alternierend über eine -1,4-Bindung zu langen (etwa 200 Disaccharid-Einheiten),
unverzweigten Ketten anordnen. An die Carboxylgruppe jedes Muraminsäurerests ist ein Tetrapeptid gebunden.
Die Mureinstruktur bietet einen Angriffsort für Antibiotika, da sie bei Tier- und Pflanzenzellen nicht anzutreffen
ist. Die Biosynthese des Peptidoglykans wird gestört, ohne die Zellen des Makroorganismus zu schädigen.
Zellwand der grampositiven Bakterien
Die Zellwand der grampositiven Bakterien, die 30-70% des Trockengewichts der Bakterienzelle ausmacht, stellt
sich als 20-80 nm dicke, relativ einheitliche Schicht dar. Sie besteht aus vielen miteinander verknüpften Lagen
von Peptidoglykan. Weiterhin sind bei grampositiven Bakterien Teichon- und/ oder Teichuronsäuren kovalent in
das Mureinnetz eingewoben. Durch die Teichonsäuren (lineare Polymere aus repetitiven Einheiten von
Glycerolphosphat oder Ribitolphosphat) und Teichuronsäuren (Glukuronsäureketten) enthält das Mureinpolymer
eine negative Gesamtladung, die offensichtlich für die Versorgung der Bakterienzelle mit Kationen wichtig ist.
Zellwand der gramnegativen Bakterien
Die Zellwand der gramnegativen Bakterien ist mit 15 – 20 nm dünner als die der grampositiven (20 – 80 nm). Im
elektronenmikroskopischen Bild zeigt sich, daß die Zellwand deutlich geschichtet ist. Die Peptidoglykanschicht
ist nur 2-3 nm dick und besteht aus 2 bis 3 Lagen. Außen liegt ihr eine weitere Membran, die sogenannte äußere
Membran, auf, die prinzipiell dem Aufbau der Elementarmembran entspricht, jedoch eine deutlich andere
Zusammensetzung und andere Funktionen hat als die Zytoplasmamembran.
Die äußere Membran ist viel stärker asymetrisch aufgebaut als andere Membranen, d.h. die beiden
Lipidschichten unterscheiden sich stark in ihren Komponenten. Die innere, dem Peptidoglykan zugewandte
Schicht besitzt in etwa die gleich Phospholipidzusammensetzung wie die Zytoplasmamembran. In sie eingelagert
ist der Lipidteil des sogenannten BRAUNschen Lipoproteins. Dieses ist an dem anderen Ende kovalent mit dem
Peptidoglykan verbunden und stellt so eine stabile Verbindung von äußerer Membran und Murein her. In der
nach außen zeigenden Lipidschicht der Membraan ist das Lipid A das mengenmäßig dominierende Lipid. Das
Lipid A ist der lipophile Anker der Lipopolysaccharide und hat stark toxische Eigenschaften.
Die äußere Membran gramnegativer Bakterien hat eine wichtige Molekularsieb-Funktion; sie ist auch dafür
verantwortlich, daß viele Antibiotika, die grampositive Bakterien abtöten, gegen gramnegative nicht wirksam
sind, weil diese die Membran aufgrund ihrer Größe nicht penetrieren können.
Von großer medizinischer Bedeutung sind auch die Lipopolysaccharide (LPS) der Außenmembran, weil:
 der Lipidanker (Lipid A) toxische Eigenschaften besitzt, und
 der Polysaccharidanteil wichtige Antigendeterminanten enthält.
Die LPS sind mit dem Lipidanteil fest in der Lipidmatrix verankert und werden erst bei Zelllyse frei. Man
bezeichnet sie daher als Endotoxine im Gegensatz zu den Exotoxinen, (z.B. Diphtherietoxin, Choleratoxin,
Tetanustoxin, etc.), die Proteine sind und von den Bakterien während des Wachstums produziert und aktiv
ausgeschieden werden.
Das Lipopolysaccharid-Molekül kann man in drei Abschnitte (Region I – III) unterteilen: Das Lipid A (Region
III), das Kernpolysaccharid (Region II) und die variable Seitenkette (Region I).
außen
Region I
Sich wiederholende OligoSaccharideinheiten (= Ospezifische Seitenkette)
Antigene Determinanten
(= Körper- oder O-Antigene)
Rauh- und Glattformen
Glattformen (oder S[smooth]-Form):
Region II
Kernpolysaccharid
innen
Region III
Lipid A
exogenes Pyrogen
(= Endotoxin)

Freisetzung von Interleukinen
 Freisetzung von endogenen
Pyrogenen  Fieber
besitzen O-Seitenketten des LPS;
wachsen mit runden, gewölbten, spiegelnden Kolonien
Rauhformen (R[rough]-Formen):
haben die Fähigkeit, die O-Seitenkette und/ oder Teile des
Kernpolysaccharides zu synthetisieren, verloren;
Wachsen in flachen, unregelmäßig begrenzten Kolonien mit
gekörnter Oberfläche
Die Rauhformen sind gegenüber Serum empfindlich und nicht mehr pathogen (kann mann nicht verallgemeinern,
z.B. wenn der Pathogenitätsfaktor ein Exotoxin ist).
Die medizinische Bedeutung der Zellwand
Die Zellwand ist der Teil der Bakterienzelle, der mit der Außenwelt, also auch mit dem Makroorganismus, in
Wechselwirkung tritt. Sie enthalten Oberflächenkomponenten, die für die spezifische Anheftung an Epithelien
verantwortlich sind. Die antigenen Determinanten der Zellwand rufen im Makroorganismus die Bildung von
Antikörpern hervor, die zur Agglutination oder in Gegenwart von Komplementen und phagozytierenden Zellen
zu einer Immunphagozytose oder Zellabtötung führen.
Die Zellwand gramnegativer Bakterien enthält toxische Substanzen (Endotoxine). Unvollständig abgebaute
Fragmente des Peptidoglykans (vor allem grampositiver Bakterien) sind pyrogen und spielen eine Rolle bei der
Entstehung von Arthritiden. Die Zellwand ist Angriffspunkt wichtiger Antibiotika und von Lysozym.
Bakterielle Toxine
hitzelabil
hitzestabil
Exotoxin
Endotoxin
gramnegative
grampositive
gramnegative
Bakterien
Bakterien
Bakterien
Exotoxine = Eiweißstoffe, Proteine; bei Hitzeeinwirkung geht die Wirksamkeit verloren, weil die Tertiärstruktur
der Proteine zerstört wird.
Exotoxine haben eine spezifische Struktur und rufen spezifische Krankheitssymptome hervor.
Endotoxine = Lipopolysaccharide (Lipid A)
Endotoxine haben eine unspezifische Struktur und rufen unspezifische Krankheitssymptome hervor
(z.B. Fieber, Herz-Kreislauf-Beschwerden).
Lysozym
M
G
-NH-COGM
G
M
G
G
= N-Acetylglukosamin
M
= N-Acetylmuraminsäure
-NH-COM
Antibiotika hemmen die Transpeptidase, die
Monomere können nicht miteinander verknüpft
werden. Die Transpeptidase wird in der
Wachstumsphase der Baktrienzelle wirksam.
Transpeptidase
Struktur des Mureins. Zwei Glykanstränge, bestehend aus N-Acetylglukosamin und N-Acetylmuraminsäure sind
durch Peptidketten quervernetzt.
Das Enzym Lysozym spaltet die -1,4-glykosidische Bindung zwischen N-Acetylglucosamin und NAcetylmuraminsäure und ist somit eine Muraminidase. Es wirkt auf grampositive Bakterien lytisch und damit
bakterizid. Zellen gramnegativer Bakterien werden erst nach Vorbehandlung mit EDTA gelöst, wodurch die
äußere Membran für Lysozym permeabel wird.
- Lactam- Antibiotika
Die - Lactam- Antibiotika (z.B. Penicillin, Cephalosporine) verhindern die Bildung einer funktionstüchtigen
Zellwand dadurch, daß sie die Quervernetzung der einzelnen Peptidoglykanstränge beeinträchtigen. Die
Quervernetzung erfolgt enzymatisch durch Transpeptidasen und Carboxypeptidasen. Diese binden die Lactam-Antibiotika aufgrund sterischer Ähnlichkeit mit ihrem eigentlichen Substrat, dem D-Alanyl-D-AlaninEnde der Peptidseitenkette des nascierenden, noch nicht quervernetzte Peptidoglykans.
Das Fehlen einer intakten Zellwand führt zu einer osmotischen Schädigung der Zelle. Aus diesem
Zusammenhang ergibt sich, daß -Lactam-Antibiotika nur für wachsende Bakterienzellen eine bakterizide
Wirkung besitzen und nicht, wenn die Peptidoglykan-Biosynthese ruht.
Protoplast
Das Enzym Lysozym löst die Zellwand der meisten grampositiven Bakterien leicht auf. Bei geeigneten
osmotischen Verhältnissen entsteht hierdurch eine wandlose, noch lebensfähige Zelle, der Protoplast. Dieser
besitzt ohne das stützende Exoskelett keine definierte Form und ist gegen physikalische Einflüsse außerordentlich
labil.
L-Formen
Bei geeigneter Grenzkonzentration von Penicillin in einem Nährmedium vermehren sich stäbchenförmige
Bakterien nicht in normaler Weise durch Querteilung, sondern es kommt an den Teilungsstellen zu
Ausbuchtungen und schließlich bilden sich bläschenförmige Gebilde von 10 m Größe und darüber. Diese
Gebilde, die auch als Sphäroplasten bezeichnet werden, da sie im Gegensatz zu den Protoplasten noch Reste der
Zellwand besitzen, können sich in Gegenwart von Penicillin in dieser Form auch unter Bildung recht kleiner
Bläschen vermehren und bilden auch auf Nähragar kleine, etwa 0,5 mm große Kolonien, die nur aus solchen
blasigen Elementen bestehen.
Geißeln, Pili, Kapseln, Sporen
Geißeln
Die Zellen vieler Bakterienarten sind begeißelt. Die Geißeln dienen der aktiven Fortbewegung der Bakterien und
sind drehbar in der zytoplasmatischen Membran gelagert. Es handelt sich bei den Geißeln um sehr feine Fäden
von etwa 20 nm Dicke und einer Länge von bis zu 20 m.
Grundbaustein der Geißeln ist das Protein Flagellin.
Für die krankmachenden Eigenschaften der Bakterien scheinen die Geißeln keine Bedeutung zu haben. Offenbar
hilft die aktive Beweglichkeit mit, z.B. den Darmschleim zu durchdringen (Vibrio cholerae). Die Geißeln sind
aufgrund ihrer Proteinnatur gute Antigene.
Fimbrien (Pili)
Die Zellen vieler Bakterienarten, insbesondere der gramnegativen, können Anhangsgebilde besitzen, die kürzer
und dünner sind als Geißeln. Sie können in großer Zahl (100 und mehr) vorhanden sein. Sie sind ebenfalls wie
die Geißeln aus einem Protein aufgebaut, das in diesem Fall Pilin genannt wird. Es handelt sich bei den
Anhangsgebilden um die sogenannten Fimbrien, die bei der Haftung von Bakterien, z.B. auf Schleimhäuten, eine
Rolle spielen und für die Kolonisation von Oberflächen wichtig sind. Die Ausbildung von Fimbrien ist reversibel.
Neben den Fimbrien gibt es vor allem bei den Enterobakteriaceae die Fertilitäts-Pili (Sex-Pili), die pro Zelle nur
wenige Exemplare (bis etwa 20) vorhanden sind und hohle Röhren darstellen. Die Sex-Pili befinden sich bei
Zellen, die einen Fertilitätsfaktor, z.B. den F-Faktor, besitzen, der den Zellen „männliche“ Eigenschaften
verleihen. Die Sex-Pili sind ein Ausdruck dieser Eigenschaft. Die Zellen können mit Hilfe dieser Sex-Pili
Kontakt mit einer „weiblichen“ Zelle bekommen und durch diese beim Vorgang der Konjugation DNA und
damit Erbmerkmale übertragen.
Kapseln
Stämme einer Reihe von Bakterienarten bilden extrazelluläre Polysaccharide oder andere Polymere, die der
Zellwand außen aufliegen und Kapseln genannt werden. Diese können in ihrer Dicke ein Mehrfaches des
Bakteriendurchmessers ausmachen.
In der Pathogenese von Infektionskrankheiten spielt die Kapsel eine wichtige Rolle, da sie die Bakterien vor
phagozytierenden Zellen schützt.
Wachstum eines Bakterienstammes in einer Zellkultur:
a)
bekapselt: glänzend
(S-Form
S = smooth)
b)
nicht bekapselt: matt
(R-Form
R = rough)
Es kann sich dabei um die gleiche Bakterienart handeln, jedoch um einen anderen Stamm, der z.B. durch
Mutation entstanden sein kann.
Die Kapseln verdecken die Antigene an der Oberfläche der Zellen und werden vom Immunsystem nicht erkannt.
Das hat zur Folge, daß bekapselte Bakterienzellen vom Immunsystem nur schlecht bekämpft werden können und
es zu einer Virulenzsteigerung des Bakterienstammes kommt. Allerdings bietet eine Kapsel keinen Schutz vor
Antibiotika:
Konjugation
Zur Konjugation sind nur Bakterien befähigt, die transferierbare oder mobilisierbare Plasmide tragen. Als
Plasmide werden ringförmige DNA-Moleküle bezeichnet, die außerhalb des Bakterienchromosoms liegen und
selbst replizieren können. Eine Reihe von Plasmiden tragen Gene, die für „Sex-Pili“ kodieren. Diese Pili stellen
Zellwandanhängsel von ca. 5 nm Dicke und 2 m Länge dar. Sie sind in der Lage, Rezeptoren auf anderen, nicht
plasmidtragenden Zellen zu erkennen. Nach Kontaktaufnahme von Pili und Rezeptor kann der
Konjugationsvorgang beginnen. Während der Konjugation kommt es wahrscheinlich zu einer kurzlebigen
Verschmelzung der Zellwände beider Konjugationspartner und zur Übertragung der Plasmid-DNA in Form eines
Einzelstranges. In den beiden Zellen werden die Einzelstränge dann zum Doppelstrang ergänzt. Nach Replikation
dieser Kopie in der Empfängerzelle etabliert sich das übertragene Plasmid im Rezipienten.
Kontakt über
Sex-Pili
Rekombination
+
Donor
(Plasmidhaltig)
Rezipient
Konjugative
(Plasmidfrei)
Plasmidübertragung
Transkonjugante
VORLESUNG:
Die Bildung von Pili ist an den Stamm gekoppelt. Das Proteinhohlrohr dient zur Kontaktaufnahme zum
Nachbarbakterium zwecks genetischem Informationsaustausch. Die Information zur Pilibildung ist
plasmidgebunden.
Plasmidale Informationen sind nicht lebensnotwendig.
Schematische Darstellung des Transfer/Replikationsvorgangs eines konjugativen Plasmiden
a)
b)
c)
d)
Bei der Konjugation findet nur eine einseitig gerichtete Genübertragung statt. Die eine Bakterienzelle fungiert als
Spender, die andere als Empfänger. Spenderzellen besitzen ein besonderes Plasmid, den sogenannten
Fertilitätsfaktor (F-Faktor). Nur Bakterien mit diesem Faktor, die F + -Zellen, können DNA übertragen. In der
Regel wird eine Kopie des F-Plasmids übertragen. Die Empfängerzelle wird dadurch zu einer F+ -Zelle.
Ein wichtiges Problem der medizinischen Praxis ist das Phänomen der „infektiösen Resistenz“. Unter diesem
Begriff wird die Tatsache verstanden, daß transferable Antibiotika-Resistenz-Plasmide durch das gehäufte
Auftreten resistenter Stämme ihre Resistenz-Determinanten häufig in Populationen pathogener Bakterien
verbreiten, so daß bestimmte Antibiotika-Therapien durch das gehäufte Auftreten resistenter Stämme unwirksam
werden.
In den Plasmiden ist die Fähigkeit zur Resistenzbildung gespeichert. Durch Konjugation wird diese Information
an pathogene Bakterienstämme weitergegeben. Es werden immer mehr Bakterienstämme hervorgebracht, die
Antibiotika-resistent sind.
R-Plasmid
F+-Zelle
f--- Zelle
(R = Resistenz) : Information: Bau eines Pilus
( F = Fertilität) : Zelle kann Pilus ausbilden
: Zelle kann keinen Pilus ausbilden
Eine Zelle besitzt einen R-Plasmid, der die Information zur Resistenzbildung enthält (F+-Zelle). Durch die
Konjugation wird der R-Plasmid auf die plasmidfreie f -- Zelle übertragen, so daß nach Abschluß der
Konjugation eine f –- Zelle zu einer F+-Zelle geworden ist, die nun ebenfalls die Fähigkeit der Resistenzbildung
besitzt.
Eine Zelle kann ihre genetische Plasmidalinformation auf bis zu 10 weitere Zellen übertragen.
Diese Resistenzen haben für die Bakterienzellen nur dann einen Nutzen, wenn Antibiotika eingesetzt werden. Bei
unnötiger Resistenzbildung werden sie herausselektiert, bei erneutem Gebrauch von Antibiotika besitzen diese
Bakterienstämme keine Antibiotikaresistenz mehr und können abgetötet werden.
Bei ständigem Antibiotikagebrauch werden resistente Bakterienstämme „gezüchtet“, was zum Hospitalismus
führt.
Der Prozeß der Konjugation hält von der Teilung, der Toxinbildung o.ä. ab. Der Plasmidbesitz wirkt sich
nachteilig aus, wenn kein Antibiotika eingesetzt wird.
Bei der Zellteilung von plasmidhaltigen Zellen erhält nur eine Tochterzelle den Plasmiden. Die Plasmiden teilen
sich nicht synchron mit der Zelle. Es kommt zur Bildung von plasmidfreien Zellen.
F+-Zelle
F+-Zelle
f---Zelle
Virologie
Viren unterscheiden sich von den übrigen Mikroorganismen durch folgende, für sie charakteristische
Eigenschaften:
1) Viren enthalten entweder DNS oder RNS, nie jedoch beide Nukleinsäuren zugleich.
2) Viren haben keine zelluläre Struktur; ihnen fehlen Enzymsysteme für den Energie- und Eiweißstoffwechsel,
sie können daher keine eigene Energie gewinnen oder Eiweißstoffe aufbauen.
3) Viren vermehren sich nicht durch Querteilung, in der infizierten Zelle werden die einzelnen
Virusbestandteile getrennt gebildet und erst dann zusammengesetzt.
4) Viren sind antibiotikaresistent.
5) Viren können nur innerhalb bestimmter menschlicher, tierischer und pflanzlicher Zellen leben und sich darin
vermehren (obligat intrazellulärer Parasitismus).
Aufbau von Viren
Das einzelne Virusteilchen bezeichnet man als Virion (Plural: Viria). Dieses Virion setzt sich zusammen aus der
im Inneren liegenden, die Erbanlage tragenden Nukleinsäure (DNS oder RNS) und aus einem umhüllenden
Proteinmantel, den man Kapsid nennt. Dieses Kapsid ist zumeist aus Untereinheiten aufgebaut, die sogenannten
Kapsomeren. Je nach Anordnung der Kapsomeren kann das Kapsid die Form eines Ikosaeders besitzen oder
länglich wie ein Stäbchen aussehen. Die Nukleinsäure und das Kapsid faßt man auch als Nukleokapsid
zusammen. Ein Virion kann entweder nur aus diesem nackten Nukleokapsid bestehen oder es trägt noch eine
Außenhülle (Envelope). Diese schützende Außenhülle besteht aus Eiweißstoffen, Lipiden, sowie Kohlenhydraten,
und sie zeigt meist noch Fortsätze unterschiedlicher Morphologie (sogenannte Spikes).
Der Durchmesser eines Virions kann zwischen 18 und 450 nm betragen.
Erst vor kurzem wurde noch eine Sonderform der Viren nachgewiesen, welche nur aus der Nukleinsäure besteht
und kein Kapsid besitzt; man nennt diese bisher kleinsten bekanntgewordenen Lebewesen Viroide.
Aufbauschema der wichtigsten Vertebratenviren
Unterschiede zwischen Viren und anderen Mikroorganismen
Nukleinsäure
vorhanden
Vermehrungstyp
Eigene
Energiegewinnung
Eigene
Proteinsynthese
AntibiotikaEmpfindlichkeit
Obligat intrazellulärer
Parasitismus
Viren
DNS
oder
RNA
Synthese
-
Chlamydien
DNS
und
RNS
Zweiteilung
-
Rickettsien
DNS
und
RNS
Zweiteilung
+
Bakterien
Mykoplasmen
DNS
und
RNS
Zweiteilung
+
-
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
+ = vorhanden
- = nicht vorhanden
Einteilung der klassifizierbaren Vertebratenviren
Nukleinsäuretyp
DNS
Familie
Papovaviridae
Adenoviridae
Herpesviridae
RNS
Poxviridae
Parvoviridae
Picornaviridae
Reoviridae
Orthomyxoviridae
Paramyxoviridae
Rhabdoviridae
Bunyaviridae
Togaviridae
Flaviviridae
Coronaviridae
Arenaviridae
Retroviridae
Wichtigste Gattungen bzw. Arten
Warzenviren von Mensch und Tier,
Papillomavirus, Polyomavirus,
Vacuolatingvirus
Adenoviren
Herpes-Zoster-Viren, Zytomegalievirus, Epstein-Barr-Virus
Pockenviren
Parvoviren
Enteroviren, Rhinoviren
Reoviren, Rotaviren
Influenzaviren
Parainfluenzaviren, Masernviren,
Staupeviren, Mumpsviren
Tollwutvirus
Verschiedene Arboviren
Rötelnvirus,
verschiedene
Arboviren
Gelbfiebervirus, FSME-Virus
Coronaviren
LCM-Virus, Lassa-Fieber-Virus
Retroviren, HIV, Tumorviren
Virusvermehrung
Viren können nur innerhalb lebender Zellen schmarotzen und sich auf Kosten dieser Zelle vermehren. Der
Vermehrungszyklus der tierischen Viren gleicht dem der Bakeriophagen. Die Nukleinsäure ist der eigentlich
infektiöse Teil es Virions, welcher in die Wirtszelle eindringt und dort die Bildung neuer Viruspartikel auslöst.
Der Viruszyklus läuft für gewöhnlich in folgenden Stadien ab:
1. Adsorption: Eine bestimmte Virusart kann nur ganz bestimmte Zellarten infizieren, darüber entscheidet das
Vorhandensein oder Fehlen spezifischer Virusrezeptoren in der Zellmembran dieser Wirtszelle.
Ist
der dazu passende Zellmembranrezeptor vorhanden, dann bindet sich das Virus an die Zelle.
Diese
Bindung ist reversibel, das Virus kann in diesem Stadium noch durch spezifische Antikörper
neutralisiert werden.
2. Penetration: Das adsorbierte Virus kann in das Innere der Wirtszelle penetrieren, oder es gelangt durch
Verschmelzung der Virushülle mit der Zellmembran ins Zellinnere. Im Inneren der Wirtszelle
wird die Nukleinsäure aus dem Viruskapsid freigesetzt, diesen Vorgang nennt man „Uncoating“.
3.
Synthese von Virusbestandteilen: Nach der Freisetzung der infektiösen Nukleinsäure werden die
Stoffwechsel-zentren der Wirtszelle gezwungen, virusspezifische Proteine (u.a. Kapsidmaterial)
und entsprechende Nukleinsäurestränge aufzubauen. Die Synthese dieser Virusbestandteile
erfolgt getrennt voneinander.
4. Reifung der neugebildeten Viren: Für gewöhnlich werden in die fertig produzierten Viruskapside die
neugebildeten Nukleinsäurestränge eingebaut.
5. Ausschleusung der neugebauten Viren: Die neuen und fertig zusammengebauten Viren werden im Inneren der
Wirtszelle gespeichert, sie können auch sofort ausgeschleust werden. Die Freisetzung der Viren
erfolgt entweder durch aktives Ausschleusen der Viren oder durch Lyse der Wirtszelle. Umhüllte
Viren bekommen beim Ausschleusen einen Teil der Zellmembran der Wirtszelle als Außenhülle
mit.
Ähnlich wie bei den Bakteriophagen kann es auch bei tierischen Viren zu einem nur unvollständigen
Vermehrungszyklus kommen. Die Virusnukleinsäure wird z.B. in die Erbanlage der Wirtszelle eingebaut und bei
der Teilung an die Tochterzellen weitervererbt, oder sie bleibt in episomaler Form im Zytoplasma liegen (ähnlich
den Plasmiden). Wirtszellen mit solchen integrieten abortiven Viren können veränderte Eigenschaften zeigen
(z.B. bösartige Entartung). Das integrierte abortive Virus kann durch verschiedene äußere Reize (UV-Strahlen,
mutagene Substanzen u.a.) wieder in ein Vollvirus verwandelt werden.
a) unbehüllt, kubisch-symetrisch
b) unbehüllt, helical-symetrisch
Nukleinsäure
+
Kapsomer
(Proteine)
______________
= Nukleokapsid
Ikosaeder
Membran
+
Spikes
____________
Envelope
(Virushülle)
c) behüllt, kubisch-symetrisch
d) behüllt, helical-symetrisch
Funktion der Hülle : chemische Ähnlichkeit mit der Wirtszellenmembran ; dadurch wird das Einschleusen der
Viruszelle in die Wirtszelle ermöglicht ( Adsorption, Penetration)
Unbehüllte Viruszellen werden von der Wirtsmembran umschlossen und nach innen
geschleust ( Penetration)
In der Wirtszelle liegt das Virus unbehüllt vor, weil die Hülle an der Membran zurückbleibt.
Das Kapsomer wird zurückgelassen, die Nukleinsäure wird freigesetzt (“Uncoating”)
xxxx
xxxx
Transkription
DNS
Translation an den Ribosomen
 latentes Virus / Provirus = es kommt nicht zur Ausbildung eines Krankheitsbildes;
die Virus-DNS wird in die Wirts-DNS eingebaut
 es entsteht erst ein Krankheitsbild, wenn sich der Virus vermehrt
Bsp. Herpes-Virus
Einteilung der Virusfamilien nach den Replikationsstrategien und der Beziehung des Virusgenoms zur
mRNA.
Die Pfeile innerhalb der Kästen zeigen den Informationsfluß während der Replikation. Die Pfeile in Richtung der
mRNA beginnen bei der Matrize der mRNA-Synthese.
Hepadnaviren
doppelsträngiges
DNA-Genom
Papovaviren
Adenoviren
Herpesviren
Poxviren
Parvoviren
doppelsträngige
DNA
einzelsträngiges
DNA-Genom
doppelsträngige
DNA
(+)-Strang RNA
Picornaviren
Caliciviren
Togaviren
Flaviviren
Coronaviren
Retroviren
(+)-Strang
(+)-Strang
RNA-Genom
mRNA
RNA-Genom
(-)-Strang RNA
doppelsträngige
DNA
Paramyxoviren
Rhabdoviren
Orthomyxoviren
Reoviren
Doppelsträngiges
RNA-Genom
(-)-Strang
RNA-Genom
(+)-Strang RNA
(+)-Strang RNA
Transformation: 1. Übertragung genetischer Information mittels isolierter DNA.
2. durch den Einbau von freier, löslicher DNA einer Spenderzelle in eine Empfängerzelle
(Übertragung gereinigter, auch rekombinanter DNA auf Bakterien- oder auch höhere
Zellen).
Transkription:
Umschreibung der genetischen Information der DNA in RNA, v.a. in mRNA, Bildung eines
RNA-Moleküls aus einer doppelsträngigen DNA als Matrix. Die Basensequenz der DNA wird
in eine komplementäre Basenfolge der RNA übertragen. Die wachsende RNA-Kette wird von
der Matrize freigesetzt, so daß sich der Prozeß sofort wiederholen kann. Die Reaktion wird
durch das Enzym RNA-Polymerase katalysiert. Sie verknüpft in Gegenwart von DNA die
Nucleosidtriphosphate unter Pyrophosphatabspaltung zu einem Polynucleotid. Die
Transkription in der Zelle ist ein regulierter Prozeß, d.h. die Information einzelner Gene wird
nicht ständig, sondern in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Zelle unter dem Einfluß
unterschiedlicher Signale abgerufen.
Reverse Transkriptase: syn. RNA-abhängige DNA-Polymerase, reverse DNA-Polymerase;
Enzym der Retroviren für die reverse Transkription viraler RNA in eine komplementäre DNASequenz (sog. DNA-Provirus), die in die DNA der Wirtszelle integriert wird.
Translation:
Übersetzung der durch Transkription in mRNA umgeschriebenen genetischen Information der
DNA in die Aminosäuresequenz des Proteins; das ist also die Synthese eines Proteinmoleküls
mit einer mRNA als Matrize; dabei erfolgt an den Polyribosomen eine Übersetzung der aus 4
Basen bestehenden Schrift der RNA in die aus 20 Aminosäuren bestehenden Schrift der
Proteine.
Der genetische Code
Aminosäuresequenz  Basentriplett  Mesenger-RNA Codogener Strang  Codon
Grundsätzlich werden alle vererbbaren Merkmale mit Hilfe von enzymkatalysierten Reaktionen ausgebildet. Alle
Enzyme sind Proteine, die aus 20 verschiedenen Aminosäure-Bausteinen aufgebaut sind. Dabei hängen Struktur
und biologische Funktion eines Proteins von der Aminosäuresequenz ab.
Die chemische Struktur der DNA zeigt nur in der Abfolge der vier Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin
eine Variabilität. Eine Aminosäure wird durch eine Gruppe von drei Basen, einem Basentriplett der DNA,
codiert.
Die DNA befindet sich in den Chromosomen des Zellkerne, die Proteine werden jedoch im Cytoplasma
synthetisiert. Es wurde ermittelt, daß die Ribosomen die Organellen sind, an denen Aminosäuren zu Proteinen
verknüpft weden. Die Anweisung für Zahl und Abfolge der Aminosäuren eines Enzyms ist in der DNA codiert,
die den Zellkern aber nicht verläßt. Vielmehr wird die Information für die Aminosäurensequenz eines Proteins
durch ein chemisches Zwischenprodukt von der DNA abgelesen. Als Überträger der genetischen Information
vom Zellkern zu den Ribosomen fungiert eine Nucleinsäure, die sog. messenger-RNA (mRNA).
RNA unterscheidet sich von der DNA in zwei Bausteinen: Die Zuckerkomponente ist hier die Ribose; statt des
Thymins tritt in der RNA Uracil als vierte Base neben Guanin, Cytosin und Adenin auf.
Gibt man zu einer wachsenden Zellkultur radioaktiv markierte RNA-Bausteine, so werden diese in
neusynthetisierte RNA eingebaut. Überprüft man kurz danach, wo in der Zelle Radioaktivität auftritt, so findet
sich diese fast ausschließlich im Zellkern. Weitere Untersuchungen zeigen, daß RNA an DNA-Abschnitten der
Chromosomen gebildet wird. Dazu tritt in dem DNA-Abschnitt eine vorübergehende Entwindung der
Doppelhelix auf. An einem Strang der DNA, dem sog. codogenen Strang, lagern sich komplementär zur
Basensequenz RNA-Nucleotide an und werden verknüpft. Die Basenpaarung läuft ähnlich wie bei der DNAVerdopplung ab. Dabei ist dem Adenin der DNA das Uracil der RNA gepaart. Die synthetisierte RNA löst sich
vom codogenen DNA-Strang, und die Entwindung der Doppelhelix wird wieder rückgängig gemacht.
Durch die mRNA-Synthese wird also die genetische Information auf der DNA dadurch abgelesen, daß ihre
Basensequenz der Basenfolge des codogenen DNA-Stranges entspricht. Man gibt daher die Basentripletts des
genetischen Codes in der „mRNA-Verschlüsselung“ an. Ein mRNA-Triplett wird als Codon bezeichnet.
Realisierung genetischer Information
Transkription  Transfer-RNA  Anticodon  Translation
Die in der DNA gespeicherte genetische Information wird abschnittsweise auf die RNA überschrieben. Diese
RNA-Synthese wird Transkription genannt. Sie zeigt einen zur DNA-Verdopplung analogen Mechanismus.
Allerdings wird dabei nur ein kleiner Teilbereich der DNA-Basensequenz abgelesen. RNA-Moleküle sind daher
wesentlich kürzer als die DNA-Doppelhelix.
Die Transkription wird von dem Enzym RNA-Polymrase katalysiert. Es erkennt anhand von bestimmten
Basensequenzen Start- und Stoppzeichen auf dem codogenen Strang der DNA.
Jedes mRNA-Molekül enthält die genetische Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins. Um diese
Information in die Synthese eines Proteins umzusetzen ist neben den Ribosomen, Aminosäuren und mRNA eine
weitere RNA-Art nötig, die transfer-RNA (tRNA). Das tRNA-Molekül ist relativ klein, es besteht aus nur etwa
80 Nucleotiden, und transportiert die Aminosäuren zu den Ribosomen. Dabei bindet ein tRNA-Molekül immer
nur eine bestimmte Aminosäure. In der Zelle sind daher mindestens 20 verschiedene tRNA-Typen vorhanden.
Bei der Verwirklichung genetischer Information wirken mRNA, tRNA und Ribosomen sowie zahlreiche weitere
Faktoren in spezifischer Weise zusammen. Zunächst erfolgt die Bindung der mRNA an ein Ribosom. Damit ist
das „Startsignal“ für die nachfolgenden Prozesse gegeben. Ein mit seiner ihm zugeordneten Aminosäure
beladenes tRNA-Molekül kann im sog. Eingang eines Ribosoms gebunden werden. Am Grunde dieses Eingangs
liegt die mRNA mit einem Basentriplett-Abschnitt ebenfalls gebunden vor. Es lagert sich dann die AminosäurentRNA an, die das Codon der mRNA erkennen kann. Dieses Erkennen erfolgt durch ein Basentriplett der tRNA,
durch das sogenannte Anticodon. Das Codon der mRNA und das Anticodon der tRNA sind in ihren
Basensequenzen einander komplementär. So kann entsprechend dem Prinzip der genetischen Codierung einem
Basentriplett eine Aminosäure eindeutig zugeordnet weden.
Das Ablesen aller Codons eines mRNA-Moleküls ergibt die Aminosäuresequenz eines Proteins. Gleichzeitig
erfolgt aber am Ribosom auch die Verknüpfung der Aminosäuren untereinander. Grundsätzlich beginnt die
Biosynthese eines Proteins immer mit dem sog. Startcodon AUG, das zugleich die Aminosäure Methionin
codiert. Nachdem die Methionin-tRNA mit dem Anticodon UAC im Ribosomen-Eingang durch Basenpaaarung
gebunden ist, rückt das Ribosom um eine Triplettbreite auf der mRNA weiter. Die Methionin-tRNA sitzt dann in
der als Ausgang zu bezeichnenden zweiten Bindungsstelle des Ribosoms. In den Ribosomen-Eingang ist dann
das nächstfolgende Codon der mRNA gerückt. Dort wird nun die entsprechende zweite Aminosäure-tRNA
angelagert. Danach geht die Aminosäure im Ribosomen-Ausgang auf die Aminosäure in der Eingangsposition
über und wird dort angeknüpft. Im Ribosomen-Eingang sitzt nun ein tRNA-Molekül, das ein Dipeptid trägt. Das
im Ausgang entladene tRNA-Molekül verläßt das Ribosom und bindet im Zytoplasma erneut die ihm
zugeordnete Aminosäure.
Das Ribosom rückt erneut um ein Basentriplettweiter. Die das Peptid tragende tRNA sitzt dann im Ausgang des
Ribosoms. Der Eingang wird durch eine neue Aminosäure-tRNA besetzt, die das dort vorliegende Codon
erkennt.
Das Ribosom läuft die gesamte Baensequenz der mRNA ab, und die oben geschilderten Vorgänge wiederholen
sich, wobei die Proteinkette ständig wächst. An dieser Kettenverlängerung sind verschiedene Enzyme beteiligt,
die Bestandteile des Ribosoms sind. Erreicht das Ribosom ein Stoppcodon – dies können die Tripletts UAA,
UAG oder UGA sein – zerfällt das Ribosom in seine beiden Untereinheiten, und die Proteinbiosynthese ist
abgeschlossen. Bei dieser Synthese erfolgt die Übersetung der genetischen Sprache, die Basensequenz der
Nucleinsäuren, in die Aminosäuresequenz eines Proteins. Man bezeichnet diesen Vorgang auch als Translation.
In der Regel wird ein mRNA-Molekül von mehreren Ribosomen gleichzeitig abgelesen. Die Ribosomen wandern
hintereinander am mRNA-Strang entlang. Jedes Ribosom bewirkt die Synthese eines Proteinmoleküls.
Die Vorgänge bei der Proteinsynthese lassen folgenden Fluß der genetischen Information erkennen:
Transkription
DNA
Translation
m-RNA
Protein
Die damit festgelegte Richtung des Informationsflusses wird als Dogma der Molekularbiologie bezeichnet. Man
kennt heute allerdings bei einigen Viren Abweichungen von diesem Schema. Generell aber fungiert mRNA als
Zwischenträger zwischen dem Ort der Speicherung und dem Ort der Realisierung von genetischer Information.
Die mRNA ist nur ein kurzlebiges Molekül, das nach einiger Zeit durch zelleigene Enzyme wieder abgebaut
wird. In einer Zelle liegen immer verschiedene mRNA-Moleküle nebeneinander vor. Welche mRNA-Moleküle
auftreten hängt jeweils von der gerade abgerufenen genetischen Information ab.
Durch Versuche hat man herausgefunden, daß alle 64 (43) denkbaren Tripletts in der Zelle auch tatsächlich
auftreten. Die meisten Aminosäuren werden durch mehrere Basentripletts codiert.
Man kann – mit Ausnahme des Tryptophans und des Methionins – aus einer Aminosäure nicht auf ein
bestimmtes Basentriplett schließen. Meist unterscheiden sich die Codons für eine Aminosäure in der dritten Base.
Synthese von Virusproteinen und -nukleinsäuren
1. Doppelsträngige DNA-Viren
Papovaviren
Adenoviren
Herpesviren
Poxviren
Die Synthese der mRNA folgt dem aus der Zelle bekannten Modell. Die Doppelhelix entwindet sich in einem
Teilbereich, die mRNA wird durch die komplementären Basen gebildet und löst sich dann wieder vom DNAStrang, welcher sich dann wieder zur Doppelhelix aufwindet. Beide Stränge der DNA können als Matrize dienen.
2. Einzelsträngige DNA-Viren
Parvoviren
Das Virion enthält zumeist den DNA-Strang dessen Polarität der mRNA komplementär ist (DNA-Strang mit
negativer Polarität), so daß er der Transkription unmittelbar dienen kann.
Die Bildung der mRNA beginnt allerding mit der Replikation des DNA-Stranges und anschließender mRNASynthese nach dem bekannten Muster.
3. Einzelsträngige RNA-Viren mit Messenger(+)-Polarität
Picornaviren
Caliciviren
Togaviren
Flaviviren
Coronaviren
Die Virus-RNA kann unmittelbar als mRNA fungieren.
Die Replikation der RNA aller Viren dieser Gruppe erfordert viruscodierte Enzyme (RNA-abhängige RNAPolymerasen), die (+)-Strang RNA über einen komplementären (-)-Strang als Intermediärprodukt synthetisieren
können.An einem Komplementärstrang werden gleich mehrere (+)-Stränge gebildet, wodurch die Effektivität der
Synthese der benötigten Virion-RNA gesteigert wird. Die Struktur aus (-)-Strang und mehreren (+)-Strängen
samt RNA-Polymerasen nennt man replikative Intermediärform (RI).
4. Einzelsträngige RNA-Viren mit einem RNA-Molekül von Antimessenger-Polarität
 Paramyxoviren
 Rhabdoviren
An der RNA dieser Viren werden durch eine im Virion enthaltene Transkriptase mehrere monocistronische
mRNA-Moleküle synthetisiert.
5. Einzelsträngige RNA-Viren mit mehreren RNA-Molekülen und Antimessenger-Polarität
 Orthomyxoviren
Bei Orthomyxoviren besteht das Genom aus 8 oder mehr RNA-Stücken mit (-)-Polarität. Jedes Stück wird von
einem im Virion vorhandenen Enzym zumeist zu monocistronischer mRNA transkribiert.
6. Doppelsträngige RNA-Viren
 Reoviren
Die RNA der Reoviren besteht aus 10 doppelsträngigen RNA-Segmenten, die durch ein Virion-Enzym noch
innerhalb des partiell geöffneten Kapsids transkribiert werden. Die 10 verschiedenen (+)-Strang-mRNAs haben
zwei Funktionen: sie dienen erstens als monocistronische Messenger für die Reovirus-spezifischen Struktur- und
Nichtstrukturproteine. Die RNA dient aber auch – allerdings erst Stunden später – als Matrize für die Replikase,
die den (-)-Strang synthetisiert. Messenger (+)-Strang und komplementärer (-)-Strang bilden dann zusammen die
doppelsträngige RNA für die Tochterviren.
7. Eintelsträngige RNA Viren mit „ambisense“ Polarität
 Arenaviren
Bunyaviren
Das wesentliche Merkmal dieser Gruppe von RNA-Viren (die 2 oder 3 RNA-Stücke beinhalten) ist die zweifache
Polarität der RNA: ein Teil des Genoms hat mRNA-Polarität, die andere Antimessenger-Polarität (daher
„ambisense“). Notwendige Folge dieser Struktur ist, daß ein Teil der mRNA von der genomischen RNA, der
andere von der komplementären RNA transkribiert wird.
8. Retroviren
Die Viren dieser Gruppe enthalten Einzelstrang-RNA, die durch eine im Virion enthaltene RNA-abhängige
DNA-Polymerase (reverse Transkriptase) zu doppelsträngiger DNA, dem Provirus, transkribiert wird. Diese im
Zytoplasma synthetisierten DNA-Stücke gelangen in den Zellkern, werden zirkularisiert und ins Wirtsgenom
integriert. An der DNA wird dann eine RNA in voller Länge transkribiert. Sie hat zwei Funktionen: einmal als
genomische RNA in das Viruspartikel verpackt zu weden, zum anderen als mRNA.
9. Hepadnaviren
Viren dieser Gruppe besitzen eine partiell doppelsträngige DNA, wobei der (-)-Strang, komplementär zur
mRNA, komplett ist. Wahrscheinlich durch zelluläre Enzyme wird der unvollständige (+)-Strang komplettiert.
Die DNA-Replikation erfolgt über eine (+)-Strang-RNA-Zwischenstufe , das sog. Prägenom und eine reverse
Transkriptase.
Die Transkription und Replikation viraler DNA findet im Zellkern statt. Eine Ausnahme sind die Poxviren, deren
DNA wie die Nukleinsäure zumindest der meisten RNA-Viren im Zytoplasma transkribiert und repliziert wird.
Herpes-Viren
Von den humanmedizinisch wichtigen Virusarten dieser Gruppe sind zu nennen das Herpes-simplex-Virus, das
Varizellen-Zoster-Virus, das Zytomegalievirus und das Epstein-Barr-Virus.
Herpes-simplex-Virus (HSV-1 und HSV-2)
Man unterscheidet die beiden Serotypen 1 und 2. Diese Viren sind weltweit verbreitet, die meisten Menschen
kommen schon in ihrer Kindheit zumindest mit dem Serotyp 1 in Berührung. Der Serotyp 2 tritt erst später auf,
da er häufig durch den Geschlechtsverkehr übertragen wird und sich dann genital ansiedelt.
Klinisch muß bei den Herpesviren zwischen einer Primärinfektion und den wiederholten rekurrierenden
Infektionen unterschieden werden. Der Primärkontakt verläuft zu 99% ohne Symptome. Wenn es beim Typ 1
überhaupt zu klinischen Erscheinungen kommt, dann sieht man bläschenförmige Entzündungen im MundRachen-Bereich, eventuell eine Keratokonjungtivitis (=Entzündung der Hornhaut und der Bindehaut) und nur
selten eine Enzephalitis (= Gehirnentzündung). Beim Typ 2 treten entsprechende Erscheinungen in der
Genitalregion auf.
Typisch für die Herpesviren ist, daß sie sehr häufig in den regionalen Ganglienzellen, oft lebenslang, persistieren
(= bestehenbleiben). Von dort aus kann es bei Resistenzschwäche, Erkältungen, starker Sonneneinwirkung u.a. zu
einer rekurrierenden Infektion kommen. Charakteristisch hierfür sind Bläschenbildungen in der Übergangszone
zwischen Haut und Schleimhaut, im Mundbereich als Herpes labialis und im Genitalbereich asls Herpes genitalis
bezeichnet. Die Bläschen trocknen ein, verkrusten und heilen ohne Narbenbildung aus.
Beim Neugeborenenherpes wird das Virus während der Geburt von der Mutter auf das Kind übertragen, als Folge
kann es zur generalisierten (= über den ganzen Körper verbreitet) und sehr bösartig verlaufenden Sepsis
kommen. Die Keratokonjugtivitis durch Herpesviren läßt sich chemotherapeutisch mit Erfolg behandeln.
Varizellen-Zoster-Virus (VZV)
Diese morphologisch nicht vom Herpes-simplex-Virus zu unterscheidende Virusart ruft beim Menschen zwei
unterschiedliche Krankheitsbilder hervor, nämlich die Varizellen (Windpocken) und den Zoster (Gürtelrose).
Varizellen
Die Windpocken gehören zu den häufigsten Infektionen im Kindesalter, sie sind außerordentlich kontagiös (=
ansteckend). Auch bei uns sollten die meisten Kinder die Varizellen bis zum 6. Lebensjahr durchgemacht haben.
Nach einer Inkubationszeit von 2-3 Wochen treten typische Hauterscheinungen auf, ein stark juckender
bläschenförmiger Hautausschlag. Meist verlaufen die Varizellen milde, schwere Erkrankungen mit Pneumonien
(= Lungenentzündung) und Enzephalitis sind möglich. Kurz vor oder nach einer Infektion können
Immunglobulingaben den Ausbruch der Krankheit verhindern (evtl. wichtig bei besonders gefährdeten
Kontaktpersonen wie Schwangeren). Im Unterschied zu den Pocken bieten die Varizellen ein sehr buntes Bild
(Hauteffloreszenzen sind in verschiedenen Stadien zu sehen); Das Virus wird von Mensch zu Mensch übertragen,
allerdings besteht eine Ansteckungsgefahr nur bis zum 5. Tag nach Auftreten der Hauterscheinungen. Sehr oft
persistieren die Viren in den dorsalen Spinalganglien.
Zoster
Die in den dorsalen Spinalganglien persistierenden Viren können beim Erwachsenen reaktiviert werden, es
kommt plötzlich unter großen Schmerzen zu der lokalisierten und abgegrenzten Gürtelrose (entsprechend dem
von einem bestimmten Ganglienbereich versorgten Hautbezirk). Auch hier findet man bläschenförmige
Hauterscheinungen, die dann ohne Narben ausheilen. Meist tritt der Zoster einseitig im Rumpfbereich aus, es
können aber auch verschiedene Hirnnervbereiche betroffen werden (z.B. Trigeminuszoster).
Zytomegalievirus (ZMV)
Diese aufgrund typischer Zellveränderungen so benannte Virusart ist weltweit verbreitet, zwischen 40 und 100%
der jeweiligen Bevölkerung werden vor Eintritt ins Erwachsenenalter durchseucht. Die Übertragung von Mensch
zu Mensch und auch die Epidemologie sind aber noch nicht völlig geklärt.
Zumeist führt das Zytomegalievirus zu keiner klinischen Erscheinung, es tritt jedoch häufig eine Viruspersistenz
ein. Bei 0,5 – 3,5% aller Neugeborenen ist bereits eine intrauterine Infektion nachzuweisen. In den meisten
Fällen sind keine klinischen Symptome zu sehen, es kommen aber auch Gehörschäden, Knochen- und geistige
Entwicklungsschäden vor. Im Kindesalter kann das klinische Bild einer infektiösen Mononukleose (= PfeifferDrüsenfieber) entstehen. Während der Schwangerschaft, unter immunsuppressiver Therapie und bei
Tumorpatienten ist eine Reaktivierung dieser latenten (= zeitweiliges Verborgensein einer Krankheit) Infektion
mit einer Generalisierung möglich.
Epstein-Barr-Virus (EBV)
Dieses Virus weist eine sehr hohe, weltweite Durchseuchung auf, bis zum Eintritt in das Erwachsenenalter
werden 80-90% aller Menschen infiziert. Die Virusaufnahme erfolgt oral und parenteral durch infiziertes Blut, es
kommt zur Infektion der B-Lymphozyten. Im Frühkindesalter treten nur selten klinische Erscheinungen auf.
Kommt es im Erwachsenenalter zur Erstinfektion, dann findet man meist die klinische Erscheinung einer
infektiösen Mononukleose. Dieses Krankheitsbild ist dadurch charakterisiert,daß fast stehts eine Pharyngitis (=
Rachen- entzündung) mit Lymphknotenentzündung und Fieber sowie Milzvergrößerung auftritt. In 11% der Fälle
kommt es zu Ikterus (= Gelbsucht), in 3% zu einem masernähnlichen Exanthem. Die akute Erkrankung ist nach
1-2 Wochen beendet, die Rekonvaleszenz kann mehrere Wochen betragen, Komplikationen können vorkommen.
 Entzündung des lymphatischen Systems; Berkitt-Lymphom (Krebs des lymph. Systems)
VORLESUNG:
Herpes-Viren (,,)
Umhülltes, kubisch-symetrisches Virus mit doppelsträngiger DNA
Herpes- simplex-Virus I (= Lippenherpes)
Herpes-simplex-Virus II (= Genitalherpes)
Varizellen-Zoster-Virus (= Windpocken-Gürtelrose-Virus)
Zytomegalievirus
Humanes Herpes-Virus 6
Epstein-Barr-Virus
-HerpesViren
-Herpes-Viren
Zytomegalie-Virus: Betrifft Schwangere, der Fötus wird von den Viren befallen; hat keine Auswirkungen
Humanes Herpes-Virus 6: 3-Tage-Fieber
 Viren sind sehr wirtsspezifisch
 Herpes-Viren besitzen Enzyme, die zum Start der Replikation nötig sind  Hemmung dieser Enzyme
 Aceclovir Viren werden im Wachstum gehemmt
 DNA-Virus wird latent in Wirtszellen eingebaut ( ins Ganglion trigeminalis)
Hepatitisviren
Zur Zeit werden beim Menschen mindestens fünf Arten einer Virus-Hepatitis unterschieden:
1) Hepatitis A (epidemische Hepatitis)
2) Hepatitis B (früher: Serumhepatitis, Posttransfusionshepatitis)
3) Hepatitis C
4) Hepatitis D (Hepatitis Delta)
5) Hepatitis E
Hepatitis A.
Das Hepatitis-A-Virus, ein RNA-Virus (Picornavirus), kommt offensichtlich nur beim Menschen und wenigen
Affenarten vor. Eine Anzüchtung ist möglich, auch kann der Erreger im Stuhl elektronenmikroskopisch gefunden
werden.
Direkt, häufiger jedoch indirekt über verunreinigte Lebensmittel bzw. Trinkwasser wird dieser Erreger von
Mensch zu Mensch übertragen. Nach einer Inkubationszeit von 20-30 (15-45) Tagen tritt die Hepatitis oft
epidemisch auf. Das Virus wird bis zum Krankheitsbeginn (bei einem Teil der Patienten auch noch einige
Wochen nachher) über den Stuhl ausgeschieden. Die Hepatitis verläuft meist gutartig und heilt für gewöhnlich
völlig aus, die Letalität ist niedrig. Beim Überstehen der infektiösen Hepatitis bleibt eine lebenslange Immunität.
Der Virus vermehrt sich in der Leber und es findet eine Bekämpfung der virusbefallenen Zellen durch NK-Zellen
und zytotoxische Zellen statt. Es kommt zur Leberschädigung, die jedoch vollständig ausheilt.
Hepatitis B.
Das Hepatitis-B-Virus wurde bislang beim Menschen gefunden, eine Züchtung ist aber noch nicht gelungen. Bei
diesem DNA-Virus konnten inzwischen verschiedene Antigene dargestellt werden: das HB s –Antigen
(Oberflächenantigen = surface antigen) und das HBc –Antigen (Innenkörper = core). Im Serum von Hepatitis-BPatienten wurde darüber hinaus noch das HBE –Antigen gefunden, welches wahrscheinlich auch ein
Virusbestandteil ist und bei Persistenz als prognostisch ungünstiges Zeichen gewertet wird. Gegen alle drei
Antigene werden entsprechende Antikörper gebildet.
Die Serumhepatitis wird vorwiegend parenteral durch Inokulation (= unbeabsichtigte Übertragung von
Krankheitserregern bei Blutentnahmen, Injektionen oder Impfungen ) von Blut oder Blutprodukten oder durch
engen körperlichen Kontakt (Geschlechtsverkehr) übertragen. Die Inkubationszeit beträgt 50-90 (30-240) Tage.
Die Hepatitis B verläuft relativ schwer, bei einer Persisitenz des Virus im Blut kann es zur chronischen Hepatitis
mit Zirrhose (=Wucherung im Bindegewebeeines Organs (z.B. Leber,Lunge) mit nachfolgender Verhärtung und
Schrumpfung) kommen.Üblicherweise ist das Hepatitis-B-Virus im Blut der Erkrankten einige Wochen
nachweisbar. Inwieweit Speichel, Tränenflüssigkeit und Sperma infektiös sein können, ist noch nicht geklärt..
Sicherheitshalber sollte man diese Ausscheidungen als infektiös ansehen. Nicht erkrankte Virusträger kommen
nicht selten vor.
Hepatitis C.
Parenteral übertragene Viren. Infektionsweg, Klinik und auch Folgeerscheinungen (Leberzirrhose) sind ähnlich
den Gegebenheiten der Hepatitis B. 80-90% aller heute noch vorkommenden Hepatitisfälle nach
Bluttransfusionen gehen auf das Konto dieser Viren, da man bislang Blutspender nicht diesbezüglich überprüfen
kann.
Hepatitis Delta.
Der Erreger dieser Hepatitis ist das kleine replikationsdefekte Hepatitis-D-Virus. Es entsteht ein RNA-Virus, das
sich offensichtlich nur zusammen mit dem Hepatitis-B-Virus oder anderen Hepatitisviren vermehren kann. Das
Hepatitis-D-Virus wird ebenfalls parenteral übertragen, und es scheint weltweit vorzukommen.
Hepatitis E
Oral übertragene Viren. Wie das Hepatitis-A-Virus führen auch diese Viren über den fäkal-oralen Weg zur
Hepatitis, welche vorwiegend in Asien beobachtet wird.
Daneben können Hepatitiden als Begleiterkrankungen anderer Virusinfektionen vorkommen, wie z.B. der
infektiösen Mononukleose, der Zytomegalie, generalisierter Herpes simplex-Infektionen, der hämorrhagischen
Fieber (Gelbfieber!), sehr selten auch bei Infektionen mit Röteln-, Masern-, Munps-, Adeno- und Enteroviren
(besonders bei immungeschwächten Patienten).
Die klinischen Erscheinungen sind bei allen primären Virushepatitiden sehr ähnlich.Sie beginnen mit einem
mehrtätgigen Prodromalstadium mit Fieber, Abgeschlagenheit, Müdigkeit, Appetitlosigkeit, Übelkeit und
Erbrechen sowie Anomalie des Geruchs- und Geschmackssinns. Dunkelverfärbung des Urins und das
Hellerwerden des Stuhls leitenzu der ikterischen Phase mit Ikterus (=Gelbsucht) Hepato- und Splenomegalie (=
Lebervergrößerung und Vergrößerung von Milz und Leber) über. Während die meisten prodromalen Symptome
sich nun zurückbilden, erreicht die Gelbsucht nach 1-2 Wochen ihren Höhepunkt und nimmt bei unkomplizierten
Fällen dann kontinuierlich ab. Die ikterische Phase dauert 2-6 Wochen, an die sich ein gelegentlich mehrere
Monate dauerndes Rekonvaleszensstadium anschließen kann. Komplikationen sind der Übergang in eine
chronische Infektion sowie die seltenen fulminanten Verläufe.
Chronische Hepatitiden treten nach Hepatitis B-, C- sowie kombinierten Hepatitis B- und Delta-Infektionen auf
und können nach mehrjährigem Verlauf in einer Leberzirrhose und möglicherweise in einem hepatozellulären
Karzinom enden. Die fulminante Hepatitis ist gekennzeichnet durch eine schwere Ikterus und eine massive
Leberfunktionsstörung und weist eine altersabhängige Letalität von 55-100% auf.
Virusfamilie
Struktur des
Virions:
Kapsidform
Hülle
Genom
Übertragungsweg
Chronische
Infektion
möglich
Hepatitis AVirus (HAV)
Picornaviridae
kubisch
(ikosaedrisch)
Hepatitis BVirus (HBV)
Hepadnaviridae
kubisch
(ikosaedrisch)
Hepatitis CVirus (HCV)
Flaviviridae(?)
Hepatitis DVirus (HDV)
?
nein
ss RNA
ja
ss RNA
nein
ss RNA
fäkal-oral
ja
ja
ds
(partiell) ss RNA
DNA
parenteral
parenteral
parenteral
fäkal-oral
nein
ja
ja
nein
?
ja
?
Hepatitis EVirus (HEV)
Caliciviridae
kubisch
(ikosaedrisch)
Doppelsträngiger DNA-Virus; nackt
Papovaviridae
Diese Bezeichnung resultiert aus der Abkürzung des Namens dreier Vertreter dieser Familie, des Papillomavirus,
des Polyomavirus und des Vacuolatingvirus der Affen. Zu dieser Familie gehören die Warzenviren von Mensch
und Tier; auch tumorerzeugende Viren scheinen hier vorzukommen. Das Papillomavirus, welches mindestens 3
Serotypen ausweist, ruft die menschlichen Warzen und die im Genitaltrakt auftretenden warzenähnlichen
Condylomata acuminata hervor (werden durch Geschlechtsverkehr übertragen).
Polyomaviren werden in Zusammenhang mit dem Lymphosarkom und der chronisch-myelogischen Leukämie
gebracht.
Doppelsträngiger RNA-Virus; nackt
Reoviridae
Die Reoviren hatten ursprünglich den Namen Respirenteroviren. Die Familie der Reoviridae besteht aus
mindestens 9 auch im Tier und Pflanzenreich weit verbreiteten Genera, die sich zum Teil morphologisch
unterscheiden. Von ihnen sind die Rotaviren sehr häufig als Erreger von Säuglingsenteritiden (=Entzündung des
Dünndarms, Darmkatarrh) nachzuweisen. Die meisten Infektionen verlaufen symptomlos oder mild. Die
Inkubationszeit beträgt wenige Tage. Die Rotaviren befallen offensichtlich nur die Dünndarmschleimhaut, sie
werden fäkal-oral im Sinne einer Schmutzschmierinfektion oder Nahrungsmittelinfektion übertragen. Besonders
bei Säuglingen und Kleinkindern kann es zu epedemieartigen Ausbrüchen kommen (bei uns besonders in den
Wintermonaten), im Schulalter ist meist schon eine breite Durchseuchung erreicht.
Auch zur Familie Reoviridae gehörig ist das Colorado-Zeckenfieber-Virus, Erreger einer u.U. gerade bei Kindern
schwer verlaufenden, Dengue-Fieber-artigen Allgemeininfektion.
Einzelsträngige RNA-Viren; umhüllt
Togaviridae
Diese Familie umfaßt neben tierpathogenen Viren viele der früheren Arboviren und das Rötelnvirus. Das
Rötelnvirus ist die einzige Spezies des Rubivirus.
Die Togaviren werden in vier Gruppen zusammengefaßt: Alpha-Viren, Flaviviren, Rötelnvirus und
Pestvirus.Alpha- und Flaviviren werden von den Arthropoden (= Gliederfüßler) übertragen, sie gehören daher zu
den sogenannten Arboviren (arthropod-borne-viruses). Von den über 300 heute bekannten Arboviren können
etwa 50 Arten auf den Menschen übertragen werden, insgesamt verteilen sie sich auf die folgenden Familien:
Togaviren, Arenaviren, Bunyaviren, Reoviren und Rhabdoviren. Arboviren vermehren sich im Darm der selbst
nicht ernsthaft erkrankenden Überträger (Mücken, Zecken) und werden über die Speicheldrüse ausgeschieden.
Alpha-Viren
Besonders von infizierten Pferden aus werden in Amerika, Afrika und Asien verschiedene Viren durch Moskitos
auf den Menschen übertragen, wo sie zu Influenza-ähnlichen Erkrankungen, manchmal aber auch zu sehr schwer
verlaufenden Enzephalitiden führen können. Von diesen Infektionen sind am besten die im Osten der USA
vorkommenden Eastern Equine Enchphalitis (EEE), die im Westen und Südwesten der USA auftretende Western
Equine Encephalitis (WEE) und die in Zentral- sowie Südamerika zu beobachtende Venezuelan Equine
Encephalitis (VEE).
Flavivieren
Flaviviren haben ihr primäres Reservoir beim Menschen (Dengue-Fieber, urbanes Gelbfieber systemische
Erkrankung), beim Affen, bei Vögeln, Nagern und verschiedenen anderen Säugetieren, von wo sie über Moskitos
und Zecken auf andere Wirte übertragen werden. Beim Menschen kommt es meist zu nur uncharakteristischen
Infekten mit einem oft zweiphasigen Fieberverlauf. Es kann aber auch zu sehr gravierenden Erkrankungen
kommen wie Enzephalitis, hämorrhagisches (= zu Blutungen führend, mit ihnen zusammenhängend) Fieber und
Fieber mit Gelenkbeteiligung. Hierzu gehören:
Dengue-Virus
Dengue-Viren werden im Mittelmeergebiet, in Nordafrika, Ostasien und Indien durch Aedesmücken auf Mensch
und Tier übertragen. Nach einer Inkubationszeit von 5-8 Tagen kommt es zu Fieber, Schüttelfrost, Schmerzen in
den großen Gelenken der Extremitäten und zu einem Gesichtserythem. Nach 2-3 Tagen fällt das Fieber, nach
kurzer Zeit kommt es jedoch zu einer zweiten Fieberphase mit einem Erythem des ganzen Körpers (das Gesicht
wird nun ausgespart) Die Letalität kann bis zu 10% betragen.
FSME-Virus
Dieses Virus ruft die Frühlings-Sommer Meningo-Enzephalitis (FSME) hervor. Das Erregerreservoir sitzt
offensichtlich bei verschiedenen wildlebenden Nagetieren, der Erreger wird durch infizierte Zecken auf den
Menschen übertragen. Die FSME zeigt eine zunehmende Verbreitung von Ost nach West, auch in den
verschiedensten Gegenden Deutschlands wird sie schon beobachtet. Die Symptome dieser ebenfalls
zweiphasigen Erkrankung können verschieden stark ausgeprägt sein. In vollständiger Form kommt es zu einer
Meningitis (=Hirnhautentzündung) oder Meningoenzephalitis (= Form der Meningitis, bei der die
Gehirnsubstanz in Mitleidenschaft gezogen ist), evlt. mit Lähmungserscheinungen.
Eine Schutzimpfung gegen FSME ist möglich und bei exponierten bzw. zeckenempfänglichen Menschen
empfehlenswert, auch eine passive Immunprophylaxe kann durchgeführt werden.
VORLESUNG:
Spätfolgen der FSME sind Hirnschäden
Von 1000 Infizierten erkrankt ca. Einer. Erste Anzeichen sind Nackensteife und Fieber
FSME wird durch Zecken übertragen. Zecken (Gemeiner Holzbock) zählen zu den Grastieren, da sie im hohen
Gras leben. Nur die Weibchen saugen Blut.
Die Infektionsrate ist geographisch abhängig vom Auftreten der Zecken. Im allgemeinen liegt die Infektionsrate
der Zecken aber unter 100%. Nur jeder 1000.Zeckenbiß führt zu FSME und nur jede 100. FSME hat
Hirnschäden zur Folge.
Die Wahrscheinlichkeit, Hirnschäden davonzutragen liegt bei 1:100.000.000
Eine Zeckenschutzimpfung bietet nur 50-60% Sicherheit und ist nur wenige Jahre haltbar.
------------------------------------------------------------------
Eine weitere durch Zecken übertragbare Krankheit ist die Borreliose. Diese wird allerdings nicht durch Viren,
sondern durch Bakterien übertragen.
Borrelien sind große (20m ) schraubenförmige Bakterien, die stark beweglich sind. Neben den Erregern des
Rückfallfiebers und der Lyme-Krankheit zählen sie auch zu den Kommensalen der menschlichen Mundflora.
Die Lyme-Krankheit, nach einem Ort in den USA benannt, wird auch als Lyme-Borreliose oder Erythmamigrans-Borreliose bezeichnet. Obwohl die typischen Hauterscheinungen schon lange bekannt sind, gelang es
erst 1983 BURGDORFER und seinen Mitarbeitern, den Erreger in Patientenmaterial und in Zecken
nachzuweisen. Dem Entdecker zu Ehren hat man den Erreger Borrelia burgdorferi benannt
Mehrere Tage oder Wochen nach einem unbemerkten Zeckenbiß entsteht an der Bißstelle eine kleine Papel oder
ein roter Fleck, aus denen sich ein scharf abgegrenztes, langsam größer werdendes Erythem entwickelt. Dieses
Erythem wird dann im Zentrum heller, und es greift auf weitere Bereiche der Umgebung über. Häufig wird über
Juckreiz und brennenden Schmerz geklagt. Mehrere Wochen bis Monate nach der Infektion kommt es, wenn
keine Behandlung erfolgt, in rund der Hälfte der Fälle zu akut einsetzenden Arthritiden (besonders Kniegelenke)
und bei rund 10-20% der Patienten zu Erscheinungen von seiten des Zentralnervensystems (Meningitis,
Enzephalitis). Auch kardinale Syptome können auftreten. Die Lyme-Borreliose heilt meist von selbst aus, etwa
nach 7-8 Monaten.
Die Lyme-Krankheit ist weltweit verbreitet, sie kommt auch in waldreichen Gebieten Europas vor. Es besteht ein
Erkrankungsgipfel im Sommer/Herbst, bedingt durch die Lebensweise des für uns wichtigsten Überträgers, der
Zecke ixodes ricinus (Holzbock). Tetracycline werden als Therapeutika der ersten Wahl angegeben. Die
Diagnose der Lyme-Borreliose wird entweder klinisch aufgrund der charakteristischen Hauterscheinungen
gestellt oder serologisch durch Nachweis spezifischer Antikörper.
Bei der Borreliose ist keine Prophylaxe möglich.
Erfolgt keine Therapie, kommt es zu einem Übertritt der Bakterien in Blut und Lymphe und zu einem Befall der
Nerven (Neuralgien = Nervenschmerzen oder Nervenausfälle)
Vergleich FSME
Borreliose
Das Auftreten von Borreliose ist seltener als FSME
FSME: Prophylaxe möglich, keine kausale Therapiemöglichkeit
Borreliose: keine Prophylaxe, therapierbar
Gelbfiebervirus
Das besonders in Afrika, in Süd- und Mittelamerika vorkommende Gelbfieber zählt zu den gemeingefährlichsten
Weltseuchen. Das natürliche Erregerreservoir stellen wildlebende Affen im Dschungel dar
(Dschungelgelbfieber), zwischen denen das Virus durch blutsaugende Mücken übertragen wird. Von dort aus
kann der Erreger auch auf den Menschen gelangen, und der Mensch kann dann selbst zum Virusstandort werden
(Städtegelbfieber). Von Mensch zu Mensch wird das Gelbfieber ausschließlich über Mücken (Aedes) übertragen.
Die Erkrankung gehört zu den hämorrhagischen Fieberarten. Kardinalsymptome sind plötzliches hohes Fieber,
Glieder- und Kopfschmerzen, z.T. schwere Blutungen, gastrointestinale Störungen und Leberbeteiligung. Die
Letalität ist hoch (etwa 50%).
Eine gut wirksame und auch verträgliche Schutzimpfung gegen Gelbfieber ist möglich, sie wird im
internationalen Reiseverkehr für bestimmte Länder Afrikas und Amerikas gefordert und ist allen Reisenden
dorthin dringend zu empfehlen. Der Impfschutz dauert mindestens 10 Jahre an, danach ist eine Wiederimpfung
angezeigt. Verwendet wird ein abgeschwächter Lebendimpfstoff, der damit erzielte Impfschutz kann als
zuverlässig bezeichnet werden.
VORLESUNG: Zählt neben den Pocken, der Cholera und der Pest zu den Quarantäneerkrankungen.
Rötelnvirus
Die Verbreitung des Rötelnvirus geschieht von Mensch zu Mensch durch Tröpfcheninfektion. Dieser Erreger ruft
eine typische Kinderkrankheit hervor, nämlich die Röteln oder Rubella. Der Erreger konnte 1962 erstmals
angezüchtet werden.
Die Röteln verlaufen als Erkrankung meist harmlos. Zu Beginn kommt es zu einer katarrhalischen (Katarrh=
Schleimhautentzündung der Atmungsorgane mit meist reichlichen Absonderungen) Erscheinung von seiten der
oberen Luftwege und zu leichtem Fieber, anschließend tritt dann das typische Rötelnexanthem auf: Beginn im
Gesicht und dann Ausbreitung über Hals, Rumpf und Extremitäten. Gefährlich sind die Röteln in der
Schwangerschaft. In den ersten vier Schwangerschaftsmonaten kann das Rötelnvirus die Rötelnembryopathie
hervorrufen. Zu den typischen Erscheinungen der Rötelnembryopathie gehören der ein- oder beidseitige Katarakt
(Augenstar), Hörnervschäden und Entwicklungsfehler des Herzens. Mit solchen Schäden ist relativ oft zu
rechnen, mindestens in 20% der Fälle. In den späteren Schwangerschaftsmonaten besteht die Gefahr einer
Rötelnembryopathie offensichtlich nicht mehr. (Die Organdifferenzierung des Embryos ist offensichtlich
abgeschlossen.)
Die klinische Rötelndiagnostik ist nicht mit Sicherheit zu stellen, da das Exanthem oft nicht von anderen
Hautausschlägen abgrenzbar ist. Wichtig ist daher der Nachweis spezifischer Antikörper. Wegen der
schwerwiegenden Rötelnembryopathie ist dringend zu empfehlen, bei Mädchen vor Beginn der Geschlechtsreife
einen Rötelnantikörpertest durchzuführen. Wenn dieser Test negativ ausfällt und damit das Überstehen der
Röteln in der Kindheit ausgeschlossen werden kann, sollte eine Schutzimpfung mit einem Lebendimpfstoff
verabreicht werden. Diese Impfung ist gut verträglich und verleiht einen ausreichenden Impfschutz. In der
Schwangerschaft darf eine solche Impfung nicht erfolgen, da evtl. auch das Impfvirus auf den Föt übergehen und
dort zu Schäden führen kann.
VORLESUNG:
Der Virus ist vertikal übertragbar, er kann diaplazental von der Mutter auf das ungeborene Kind übertragen
werden.
Embryo : 1. – 3. Monat; vollständige Anlage der Organe.
Fötus : Wachstumsphase
Das Virus beeinflußt die Embryonalentwicklung des ZNS: 70% blind oder taub
50 % blind und taub, geistige Retardierung
Pestvirus
Diese Viren werden direkt übertragen ohne Einschaltung von Zwischenwirten. Beim Menschen können diese
Viren Durchfälle und hämorrhagische Diathesen verursachen.
Paramyxoviren
Zu den relativ großen Paramyxoviren, welche mit den Orthomyxoviren Ähnlichkeiten haben, werden die
folgenden humanmedizinisch bedeutsamen Virusarten gerechnet: Parainfluenzaviren (Typ 1-4), Masernvirus,
Mumpsvirus und das Respiratory Syncytial-Virus.
Parainfluenzaviren.
Wir unterscheiden vier Serotypen, von denen die Serotypen 1, 2 und 3 weltweit verbreitet sind, der Serotyp 4
wird dagegen vorwiegend in Amerika gefunden. Die Durchseuchung ist hoch, bereits im Kindesalter haben die
meisten Menschen Parainfluenzavirusinfektionen überstanden. Es kommt zu grippeähnlichen Erkrankungen, die
aber für gewöhnlich milder verlaufen als die echte Grippe. Pathogenese, Klinik und Übertragung (direkte
Kontakte und Tröpfcheninfektion) ähneln den Verhältnissen bei den Influenzaviren.
VORLESUNG:
Es existiert keine Schutzimpfung gegen Parainfluenzaviren
Mumpsvirus (Rubula-Virus)
Mumps zählt zu den häufigsten Kinderkrankheiten. Während der akuten Erkrankung kommt es zur Entzündung
der Mundspeicheldrüse (Parotitis). Häufig folgt eine Virämie (= Vorhandensein von Viren im Blut), die bei
Männern in 25% zu einer schmerzhaften Hodenentzündung führt, weiterhin können Pankreatitis, eine seröse (=
Serum absondernde) Meningitis oder eine Meningoenzephalitis ausgebildet werden. Der Befall noch anderer
Organe ist möglich, die Prognose ist jedoch meist gut.
Das Mumpsvirus wird über Speichel und Tröpfcheninfektion übertragen, die Kontagiosität ist aber nicht so groß
wie die der Influenzaviren. Die Viren werden einige Tage vor Beginn der klinischen Erscheinungen und noch bis
zu einer Woche nach Krankheitsbeginn ausgeschieden. Rund 20-30% aller Infektionen mit dem Mumpsvirus
verlaufen inapparent ohne klinische Symptome.
Die Mumpsdiagnose wird meist klinisch gestellt. Fehlen die typischen Parotitissymptome, dann kann die
Erkrankung durch Virusanzüchtung und serologisch nachgewiesen werden. Eine Schutzimpfung mit einer
abgeschwächten Lebendvakzine ist möglich, ebenso eine passive Immunprophylaxe bei besonders gefährdeten
Personen (schwangere Frauen) mit einem spezifischen humanen Gammaglobulin.
VORLESUNG:
Symptom: Schwellung der Ohrspeicheldrüse, Fieber
Folgeerkrankungen: Entzündung der keimbereitenden Organe (Hoden, Eierstöcke), was zur Sterilität führen
kann.
Mumps ist die Hauptursache für die Entstehung von Diabetis I (Jugend-Diabetis)
Durch die Viruserkrankung kommt es zu einer Insuffiziens der Inselzellen in der Bauchspeicheldrüse, wodurch
zu wenig Insulin produziert wird. Dies führt zu einer zu hohen Zuckerkonzentration im Blut, wodurch Organe
geschädigt werden können und evtl. sogar absterben.
Masernvirus (Morbillius-Virus)
Auch bei uns zählen die Masern zu den gängigsten Kinderkrankheiten. Das Masernvirus wird durch
Tröpfcheninfektion von Mensch zu Mensch übertragen, die Infizierten sind hierbei vom achten Tag der Infektion
bis zum sechsten Tag nach Auftreten der Hauterscheinungen infektiös. Die Infektiosität des Masernvirus ist sehr
groß, fast alle Kontaktpersonen erkranken. Nach einer Inkubationszeit von 9-12 Tagen kommt es zum Auftreten
von Fieber, katarrhalischen Erscheinungen der oberen Luftwege und den sogenannten Koplikschen Flecken an
der Wangenschleimhaut. Während der nächsten drei Tage erscheint das typische Masernexanthem: Dieser
großfleckige Hautausschlag beginnt in der Kopfregion und breitet sich dann über den ganzen Körper aus. Die
Masern führen in etwa 10 % zu ernsten Komplikationen: Am häufigsten sind Mittelohrentzündung und
Bronchopneurmonien (= katarrhalische oder herdförmige Lungenentzündung) zu nennen, nicht selten (1 Fall
unter 1000 Erkrankten) kommt es zur Masernenzephalitis mit einer Letalität von 10 %. Bei Überstehen dieser
Hirnentzündung bleiben Rückstände wie epileptische Anfälle und Persönlichkeitsveränderungen. Sehr selten (1
Fall auf etwa 1 Million Masernerkrankter) sieht man als besonders schwerwiegende Komplikation eine subakute
sklerosierende Panenzephalitis (SSPE).
Die Masern verlaufen im Kindesalter meist harmloser als beim Erwachsenen. Die Erkrankung zeigt einen
Häufigkeitsgipfel in den Wintermonaten. Masern treten auch epidemisch auf. Werden sie in über lange Zeit
isoliert lebende Bevölkerungsgruppen eingeschleppt, dann kommt es zu verheerenden Ausbrüchen mit hoher
Letalität (Beispiel Masernepidemie auf den Faröerinseln Mitte des vergangenen Jahrhunderts). Die Immunität
nach einer Maserninfektion besteht offensichtlich lebenslang.
Die Maserndiagnose wird durch die typische klinische Symptomatik, durch die Virusanzüchtung aus Nasen-,
Rachen- oder Konjunktivaabstrichen (Konjunktiva = Bindehaut) innerhalb der ersten Tage der Erkrankung und
serologisch gestellt.
Die doch nicht unerhebliche Gefahr von Komplikationen nach Masern macht die Masernschutzimpfung
notwendig und empfehlenswert. Bei Impfung mit einem abgeschwächten Masernvirusstamm kommt es eventuell
zu einer sehr milden masernähnlichen Erkrankung. Da bei Anwendung der Maserntotvakzine Komplikationen in
Form einer Panmyelopathie (= völliger Schwund bzw. Versagen aller blutbildenden Zellen des Knochenmarks)
auftreten können, sollte man nur den Masernlebendimpfstoff verwenden. Bei gefährdeten Menschen (Patienten
mit Immundefekten oder immunsuppressiver Therapie) kann die rechtzeitige Gabe (möglich bis einige Tage nach
Masernkontakt) von Gammaglobulin aus Masern-Rekonvaleszentenserum den Ausbruch der Erkrankung
verhindern.
Subakute sklerosierende Panenzephalitis (SSPE)
Sehr seltene Erkrankung (1-5 Fälle pro 1 Mio. Einwohner). Betroffen sind vor allem Kinder und Jugendliche,
besonders in ländlichem Umfeld. Erreger ist das Masern-Virus, die Inkubationszeit beträgt 1-30 (durchschnittlich
7-8) Jahre nach akuter Masern-Infektion. Die Erkrankung durchläuft verschiedene Stadien: 1. Allmählich
fortschreitende intellektuelle und psychische Veränderungen; 2. Neurologische Ausfallsymptome, Myoklonie(=
Schüttelkrampf), epileptische Anfälle; 3. Zunehmende Dezerebrationsstarre (= Enthirnungsstarre nach Ausfall
des Großhirns); Exitus letalis durchschnittlich nach 1-3 Jahren an terminalen Infektionen; auch akute
Verlaufsformen (einige Monate) oder monatelange Remissionen (= Rückgang der Krankheitserscheinungen) mit
langsamer Progredienz (= Fortschreiten einer Krankheit) sind beschrieben.
VORLESUNG:
SSPE = subakute
sklerosierende
Panenzephalitis
verspätete
verfestigende
Zerstörung des Gehirngewebes, Ersatz durch Bindegewebe.
Die Krankheit verläuft zu 100% tödlich und ist eine Spätfolge der Masern
Respiratory-Syncytial-Virus. Schon im frühen Kindesalter scheint die Durchseuchung mit diesem Virus sehr
hoch zu sein. Besonders in den Wintermonaten treten Infektionen der oberen, z. T auch der unteren Luftwege
auf, schwere Krankheitsverläufe sind möglich. Die Virusanzüchtung ist problematisch, besser durchführbar ist
der direkte Erregernachweis mit Hilfe der Immunfluoreszenz. Spezifische Antikörper können über eine KBR
nachgewiesen werden.
VORLESUNG:
MMR-Schutzimpfung = Masern-Mumps-Röteln-Schutzimpfung
Durchführung: 15.-18. Monat
Impfstoff: Lebendimpfstoff aus nicht inaktivierten Viren
Rhabdoviren
Von den verschiedenen tierischen und pflanzlichen Virusarten, die zu den Rhabdoviren gerechnet werden , haben
das Tollwutvirus und das Marburgvirus auch humanmedizinische Bedeutung.
Tollwutvirus (Rabiesvirus)
Das Tollwutvirus kann beim Menschen und vielen Tieren gefunden werden, wie z. B. bei Hunden, Katzen,
Wölfen, Füchsen, Fledermäusen, Rindern, Pferden, Schafen und Schweinen. Die Tollwut (Lyssa oder Rabies) ist
primär eine Zoonose, die relativ selten durch Biß auf den Menschen übertragen wird. Eine Weiterverbreitung von
Mensch zu Mensch ist nicht bekannt.
Die Inkubationszeit beim Menschen ist relativ lang, im Durchschnitt liegt sie bei 1-3 Monaten, sie kann aber auch
bis zu einem halben Jahr und länger betragen. Generell gilt, je kürzer die Inkubationszeit, um so schwerer die
Erkrankung. Nur etwa ein Drittel der von tollwütigen Tieren gebissenen Menschen erkrankt an der Tollwut. Es
treten zunächst uncharakteristische Symptome wie Fieber, Kopfschmerzen und evtl. Erscheinungen von seiten
der Bißstelle auf. Danach tritt eine Übererregbarkeit der Muskulatur ein, es kommt zu Krämpfen. Typischerweise
sind diese Krämpfe zuerst in der Schluckmuskulatur lokalisiert, danach in der Kaumuskulatur und erst später am
Körper. Die Patienten können kein Wasser trinken (Hydrophobie). Die Erkrankung kann dann einen
paralytischen Verlauf nehmen (stille Wut) und zum Tode führen. Typischerweise finden wir in den
Ganglienzellen Einschlüsse, die sogenannten Negrischen Körperchen.
Die Tollwut ist, sieht man von einigen isolierten Ländern wie England und Japan ab, weltweit verbreitet. In
Mitteleuropa schreitet die Tollwut von Osten nach Westen vor, bei uns kommt sie bereits in manchen westlichen
Regionen vor. Etwa 80 % der bei uns gesehenen tierischen Tollwutfälle entfallen auf den Fuchs, andere Wildtiere
machen rd. 15 % aus. Die übrigen Fälle verteilen sich auf die verschiedenen Haustiere. Die in Deutschland
gemeldeten Tollwutfälle des Menschen sind selten. Die infizierten Tiere scheiden das Tollwutvirus bereits einige
Tage vor Beginn von Krankheitserscheinungen massiv über den Speichel aus.
Tollwutverdächtige Tiere sollen in Quarantäne gesetzt werden (bis zu 2 Wochen). Das Virus kann histologisch in
Form der Negrischen Einschlußkörperchen nachgewiesen werden, auch ein Tierversuch ist möglich. Wichtig für
eine schnelle Diagnose ist auch hier der direkte Virusnachweis (Hirngewebe, Kornea).
Nach Möglichkeit soll das Virusreservoir bei den wildlebenden Tieren eingeschränkt werden (Füchse!), Hunde
und Katzen sollen prophylaktisch tollwutgeimpft werden. Wird ein Mensch von einem tollwütigen Tier gebissen,
dann soll die Bißstelle schnell gesäubert und desinfiziert werden. Eine aktive Schutzimpfung mit einem
gereinigten und daher recht gut verträglichen Impfstoff wird angeschlossen. (Bei den älteren Impfstoffen bestand
die Gefahr von Komplikationen.) Zusätzlich soll menschliches Hyperimmunserum verabreicht werden.
VORLESUNG:
Überträger der Erreger: Fuchs, Reh, ....
Übertragung durch Biß
Die Viren sitzen in den Speicheldrüsen der infizierten Tiere und rufen Entzündungen hervor, was zu einem
Juckreiz und Brennen führt.
Die Viren gelangen in die Blutbahn und an den Nervenbahnen entlang ins Gehirn, wo die motorischen Nerven
befallen werden. Nach 3-4 Wochen entwickeln die Tiere eine „Beißlust“. Die Tollwut verläuft zu 100% tödlich,
wenn keine Therapie stattfindet.
Die ersten Symptome nach einem Tierbiß sind Taubheitserscheinungen im Gesicht und in den Händen.
Sonderform der Tollwut: Stillte Wut  fortgeschrittene Nervenschädigung
Sylvatische Tollwut : an Wälder geknüpft
Urbane Tollwut: an die Stadt geknüpft (in Riesenstädten übertragbar durch Ratten und Mäuse)
Südamerika (Argentinien): an Fledermäuse gebunden
Filoviridae
Marburg-Virus und Ebola-Virus.
Dieses Virus wurde 1967 in Marburg und Frankfurt bei Laborangehörigen nachgewiesen, welche Umgang mit
bestimmten Affen hatten. Die Virusübertragung auf den Menschen erfolgt meist aerogen durch Einatmen von
infiziertem Staub. Die durch das Marburgvirus beim Menschen hervorgerufene Krankheit ist durch Fieber,
Hauterscheinungen und Blutungen gekennzeichnet (fieberhaft-exanthematisch-hämorrhagisch). Schäden des
Pankreas, der Nieren und der Leber sind möglich. Die Letalität beträgt rund 25%. Das Virus kann zu Beginn der
Fieberphase aus dem Blut und den befallenen Organen angezüchtet werden und auch elektronenmikroskopisch
nachgewiesen werden.
Die Übertragung von Mensch zu Mensch ist möglich, insbesondere Blut und Organe von Patienten und
Verstorbenen sind hochinfektiös. 1976 wurde im Sudan und in Zaire ein ähnliches Virus bei Epidemien mit einer
sehr hohen Letalität nachgewiesen, das man Ebola-Virus nannte (Ebola ist ein Fluß in Zaire). Marburg- und
Ebola-Viren sind die Erreger des sogenannten hämorrhagischen Fiebers.
VORLESUNG:
Filoviridae: [ filus = Faden] ; fadenförmige, lange Viren
1.Fall in den 70er Jahren in Marburg: Marburgvirus
Symptome: Blutungen durch Haut und Schleimhäute (Hämorrhagien); systemische Gerinnungsstörung
2. Fall in den 80er Jahren: ähnliche Erkrankung im Kongo (Afrika)
 ständige genetische Veränderung des Virus; Ausbildung einer neuen genetischen Variante
 Übertragung durch Tröpfcheninfektion
 anschließende Immunisierung
Orthomyxoviridae
Influenzaviren
Die Influenzaviren A, B und C werden zu den Orthomyxoviren gerechnet. Es handelt sich hier um ca. 120 nm
große RNS-Viren, in denen vier Antigenpartien nachweisbar sind: das Nukleokapsid, das Matrixprotein und die
beiden außen in Form von Spikes angeordneten antigenen Eigenschaften Hämagglutinin und der Neuraminidase.
Besonders das Hämagglutinin ist für die Ausbildung einer schützenden Immunität wichtig. Das Hämagglutinin ist
für die Pathogenität der Influenzaviren von entscheidender Bedeutung, es muß durch Wirtszell-Proteasen oder
durch bakterielle Proteasen (z. B. von Staphylococcus aureus) in 2 Hälften gespalten und somit aktiviert werden.
Nur solche Influenzaviren, die ein "aktiviertes" Hämagglutinin an ihrer Oberfläche tragen, sind infektiös. Bei
Fehlen entsprechender Proteasen bleiben die Viruspartikelchen apathogen, sie können nicht zur Infektion führen.
Kennzeichen der Influenzaviren, besonders des Typs A, ist die große Neigung der beiden Oberflächenantigene
Neuraminidase und Hämagglutinin zu Antigenveränderungen (Antigenshift durch Genaustausch bzw. durch
Mutation). Diese nur bei wenigen anderen Krankheitserregern zu beobachtende Antigenvariabilität führt zu
immer wieder veränderten Influenzaviren, die mit den bislang vorhandenen Erregern nur mehr eine graduell
unterschiedliche Übereinstimmung haben und dementsprechend auf mehr oder weniger ungeschützte Menschen
treffen. Weiterhin zeichnen sich die Influenzaviren, auch hier wiederum in besonderem Maße der Typ A, durch
eine Tendenz zum epidemischen oder sogar pandemiehaften Auftreten aus.
Die Influenza oder Grippe beginnt nach einer Inkubationszeit von 2-3 Tagen mit lokalen Infektionserscheinungen
von seiten der oberen Luftwege und mit mehr allgemeinen Symptomen, wie Fieber, Kopfweh, evtl. Erbrechen
und Durchfällen. Als Komplikation gefürchtet sind eine Pneumonie, welche sehr häufig bakteriell
sekundärinfiziert ist (meist mit Staphylokokken, Influenzabakterien oder Pneumokokken), eine Myo- und
Perikarditis, Sinusitis (=Entzündung einer Nasennebenhöhle), Otitis (=Ohrenentzündung) und seltener ein
Enzephalitis. Besonders gefährdet sind Kinder unter einem Jahr, ältere Menschen und pulmonale bzw. kardial
vorgeschädigte Personen.
Die Grippe zeigt eine saisonale Häufung in den Wintermonaten. Wie schon erwähnt, rufen Influenzaviren des
Typs A Pandemien hervor, so kam es in diesem Jahrhundert in den Jahren 1918/19, 1957 (Typ Singapore) und
1968 (Typ Hongkong) zu solchen Pandemien. Allein die Pandemie 1918/19 hat schätzungsweise 20 Millionen
Menschen das Leben gekostet.
Die Grippeviren werden zumeist direkt durch Tröpfcheninfektion von Mensch zu Mensch übertragen, seltener
kann es auch zu einer indirekten Verbreitung kommen. Tiere scheinen als Reservoir nicht in Betracht zu
kommen. Eine Schutzimpfung ist möglich und insbesondere gefährdeten Personen anzuraten, der Schutzeffekt ist
allerdings nicht vollkommen, er liegt bei 60- 80 %. Da die Infektiosität der Influenzaviren offensichtlich groß ist,
sollten zu Epidemiezeiten Massenansammlungen von Menschen gemieden werden. Amantadinhydrochlorid zeigt
bei Influzenzaviren eine antivirale Wirkung, es kann daher als Prophylaktikum in einer Epidemiesituation bei
Risikopatienten und Pflegepersonal eingesetzt werden. Interferone haben bislang keine überzeugenden Erfolge
gezeigt.
VORLESUNG:
 Tröpfcheninfektion
 Vermehrung der Viren in den Schleimhäuten des Kopfes und der Atemwege  Schleimbildung
 Virus als Primärinfektor
 Sekundärinfektion durch den Angriff von Bakterien auf das geschädigte Immunsystem, z.B. Eiterbakterien.
Die Erkrankung durch Bakterien hat mit der eigentlichen Virusinfektion nichts mehr zu tun
 eine nicht sekundär infizierte Grippe führt kaum zu Komplikationen
 Grippegefährdete Pesonen sind alle Personen mit geschwächten Abwehrkräften. Für Personen ab dem
60. Lebensjahr ist eine Grippeschutzimpfung zu empfehlen
 Der Impfstoff enthält Teile des Erregers. Er muß jedes Jahr neu hergestellt werden, weil die Viren neue
Oberflächenantigene produzieren, die von den vorhandenen Antikörpern nicht erkannt werden können.
(Dauer der Veränderungen der Viren: ca. 1 Jahr)
China-Grippe
Influenzavirus teilweise auch pathogen für Tiere (z.B. Schweine). Schweine sind für Tier- und Menschenviren
anfällig, beide Virustypen können sich im tierischen Organismus kombinieren, ein neuer Virus ist entstanden, der
für den Mernschen pathogen ist.
Pandemie= weltweit auftretende Infektionskrankheit
Retroviridae
Retroviren sind kleine kugelige RNS-Viren. Diese Viren besitzen eine reverse Transkiptase (daher auch ihr
Name), mit deren Hilfe die virale einsträngige und lineare RNS nach einer Infektion in eine doppelsträngige DNS
umgeschrieben wird. Retroviren sind in der Natur weit verbreitet, bei zahlreichen Warmblütern sind sie als
Krebsverursacher bekannt. Man unterteilt die Retroviren in 3 Hauptgruppen: Onkoviren, Lentiviren und die bei
Primaten vorkommenden, für den Menschen wahrscheinlich ungefährlichen Spumaviren.
Onkoviren
Sogenannte Tumorviren hat man inzwischen in den verschiedensten Familien von DNS-Viren gefunden.
Als Provirus chromosomal oder extrachromosomal in die Wirtszelle integriert, verleiht sie ihr eine onkogene
Eigenschaft, und man bezeichnet diese Viren daher auch als tumorerzeugende Viren. Innerhalb der bisher
bekannten Gruppen von menschenpathogenen RNS-Viren hat man, sieht man von den Retroviren ab, bis
heute keine Tumorviren nachweisen können. Bei verschiedenen Warmblütern konnten insbesondere
Leukämien und Sarkome mit bestimmten Onkoviren in Verbindung gebracht werden, so z. B. das
Rous-Sarkomvirus beim Huhn. Viele dieser Onkoviren scheinen in ihrer Replikation defekt zu sein,
sie können sich daher nur bei Anwesenheit verwandter "Helferviren" in der Wirtszelle vermehren.
Das erste menschliche Onkovirus wurde 1981 bei einem Patienten mit einer T-Zell-Leukämie nachgewiesen.
Dieses Retrovirus hat man daher als HTLVI bezeichnet (HTLV = human T-lymphotropic virus).
Es kommt relativ oft im Süden Japans vor, auch in Zentralafrika und in der Karibik. In Europa hat
man HTLV I bislang nur selten nachgewiesen. Man schätzt, daß jeder 1000. an HTLVI-Infizierte später
eine T-Zell-Leukämie bekommt. Der ursächliche Zusammenhang zwischen HTLV 1 und dieser T-Zell-Leukämie
erscheint gesichert, obwohl noch nicht alle Zusammenhänge klar erkannt sind. Ein weiteres Onkovirus, das
HTLVII, scheint beim Menschen ebenfalls Ursache einer Leukämieform zu sein.
VORLESUNG:
Onkoviren = krebserzeugende Viren humane T-Zellen-Leukämie
Lentiviren
Der für den Menschen wichtigste Vertreter der Lentiviren ist das sogenannte AIDS-Virus (AIDS = acquired
immunodeficiency syndrome). Früher bezeichnete man dieses Virus auch als Typ LAV/HTLVIII, neuerlich wird
es auch HIV genannt (HIV = human immunodeficiency virus).
1981 wurde man in den USA erstmals auf ein bis dahin unbekanntes Krankheitsbild aufmerksam, das
epidemieartig insbesondere bei Homosexuellen auftrat. Aufgrund der beobachteten Krankheitssymptomatik
nannte man diese Infektion AIDS. MONTAGNIER u. Mitarb. gelang es 1983, dieses Virus zu isolieren, dessen
Erregernatur und Zugehörigkeit zu den Retroviren 1984 von GALLO u. Mitarb. aufgezeigt werden konnten.
AIDS ist eine erworbene zelluläre Immunschwäche, bedingt durch den Befall und die Zerstörung der
T-Helferzellen (TH-Lymphozyten). HIV ist zweifelsohne der Verursacher dieser weltweit zunehmend
auftretenden lebensgefährlichen neuen Infektionskrankheit.
Das AIDS-Virus oder HIV ist ein relativ kleines kugeliges Partikelchen mit einem zylindrischen Kern, Es besitzt
eine lipidhaltige äußere Hülle, welche weitgehend identisch ist mit der Plasmamernbran der befallenen
TH-Lymphozyten. Das Ausschleusen der Viren geschieht hier in Form eines Knospungsprozesses, dabei nehmen
die neu gebildeten Viruspartikelchen Teile der Plasmamembran als Hülle mit. Die Adsorption des HIV erfolgt
über spezifische Rezeptoren der Wirtszelloberfläche. Die Spezifität dieser Rezeptoren ist sicherlich die Erklärung
dafür, daß das AIDS-Virus selektiv TH-Lymphozyten befällt. TS- Lymphozyten werden offensichtlich nicht
infiziert, wohl dagegen scheint eine Adsorption und Infektion von Makrophagen, Endothelzellen und einigen
anderen Gewebszellen möglich zu sein. Folgende Effekte werden den AIDS-Viren zugeschrieben:
-
TH-Lymphozyten werden direkt befallen und zerstört.
-
In einigen überlebenden TH-Zellen kann das AIDS-Virus als Provirus chromosomal integriert werden, dies
bedingt eine HIV-Persistenz.
-
Zerstörung und Ausfall der TH-Zellen führen sekundär zu schweren Störungen der Immunabwehr;
Interleukin2 (IL2) und gammaInterferon (-IF) werden nicht mehr ausreichend produziert-, damit unterbleibt
eine Aktivierung der Makrophagen, der T K-Zellen und der NK-Zellen; B-Lymphozyten ebenso wie auch
T-Lymphozyten werden nicht weiter differenziert.
Das AIDS-Virus wird von Mensch zu Mensch über Blut und Sperma übertragen, weitere
Übertragungsmöglichkeiten sind bislang unbewiesen geblieben. Nach einer variabel langen Inkubationszeit
zwischen 6 Monaten und 6 Jahren, während der der infizierte Mensch bereits infektiös ist, kommt es vorerst
meist zu uncharakteristischen Influenza-ähnlichen klinischen Erscheinungen. Erst allmählich treten typische
AIDS-Symptome auf, besonders in Form einer generalisierten Lymphknotenschwellung (LAS =
Lymphadenopathie-Syndrom). Aufgrund des Zusammenbruches der zellvermittelten Immunität kommt es dann
zum vollen AIDS-Krankheitsbild (LAS plus 2 zusätzliche Leitsymptome wie opportunistische Infektionen
und/oder Kaposi-Sarkom resp. andere Tumoren). 95 % aller AIDS-Patienten starben bislang innerhalb von 3
Jahren nach Auftreten der ersten opportunistischen Infektionen bzw. des Kaposi-Sarkoms; die mittlere
Überlebenszeit wird mit 18 Monaten angegeben. Als Opportunisten von AIDS-Infektionen findet man
vorwiegend Candida-albicans (orale Kandidiasis), Pneumocystis carinii (Pneumonie) und Kryptosporidien
(Durchfälle).
AIDS ist inzwischen weltweit verbreitet, die Erkrankungszahlen nehmen noch laufend epidemieartig zu. Nicht
nur Mitglieder von sogenannten Risikogruppen sind betroffen (z. B. Homosexuelle mit häufig wechselnden
Partnern, Rauschgiftsüchtige, früher auch Hämophile), HIV kann sich offensichtlich auch heterosexuell über
Geschlechtsverkehr verbreiten. Wo diese AIDS-Viren ursprünglich herkommen, ist nicht geklärt. Viele Fakten
sprechen dafür, daß HIV in Zentralafrika in einem geschlossenen Endemiegebiet vorhanden war (ob nur beim
Menschen oder in bestimmten Tieren, dies ist ebenfalls nicht eindeutig geklärt). Aus diesem Endemiegebiet
wurde HIV auf nicht geklärtem Weg nach Haiti und weiter in die USA eingeschleppt, von dort und auch aus
Afrika direkt kam es zur weltweiten Verbreitung von AIDS. In manchen Teilen Afrikas ist AIDS aufgrund der
dort üblichen Lebensgewohnheiten (hohe Promiskuität) weit verbreitet, Prostituierte sollen bis zu 80 %
HIV-infiziert sein. Genaue epidemiologische Daten fehlen jedoch, da es in diesen Ländern keine Meldepflicht
bzw. Seuchenüberwachung gibt. AIDS ist zweifelsohne eine seuchenhafte Infektionskrankheit, die man sehr
genau beachten und bekämpfen muß. Da die epidemieartige Verbreitung von AIDS jedoch praktisch
ausschließlich über den Geschlechtsverkehr geht (AIDS ist eine Geschlechtskrankheit), ist AIDS als seuchenhafte
Bedrohung der Menschheit nicht vergleichbar mit den großen Seuchen der vergangenen Jahrhunderte wie
Pocken, Pest, Cholera. Eine entsprechende Aufklärung der Bevölkerung erscheint mir außerordentlich wichtig.
Die Krankheitsdiagnose kann durch direkten, leider aufwendigen Virus-Nachweis in den Lymphozyten des
Menschen erfolgen (Kultur, direkter Erregernachweis mit Hilfe der Immunofluoreszenz u. a.). Praktikabler für
Routinebedingungen sind serologische Nachweistests von Antikörpern gegen das AIDS-Virus. Hierbei muß
jedoch beachtet werden, daß sowohl falsch-positive als auch falsch-negative Testergebnisse möglich sind.
Insbesondere ein positiver Test muß stehts durch weitere Untersuchungen überprüft werden. Eine erfolgreiche
Chemotherapie von AIDS ist bislang nicht bekannt geworden. Ebenso ist es bislang noch nicht gelungen, einen
wirksamen Impfstoff herzustellen.
VORLESUNG:
Lentiviren: lange (Monate bis Jahre) Inkubationszeit; z.B. HIV I und HIV II  humane Immundefizienz
HIV gehört nicht zu den meldepflichtigen Krankheiten, da es zu den Geschlechtskrankheiten gezählt wird.
Einzelsträngige RNA-Viren; nackt
Caliciviridae: HEV (Hepatitis-E-Erreger)
Picornaviridae
Der Name dieser Viren ist auf die beiden folgenden Begriffe zurückzuführen; picos = klein und RNA
(Ribonucleid acid = RNS).
Enteroviren.
Zu diesen 20-30 nm kleinen RNS-Viren gehören das Poliovirus, das Coxsackievirus und das Echo-Virus; das
einzige bekannte Erregerreservoir ist der Mensch. Die Enteroviren sind säurestabil, daher können sie die
Verdauungswege als Eintrittspforte benutzen. Die oral aufgenommenen Enteroviren vermehren sich lokal in der
Darmschleimhaut, was meist nicht mit klinischen Erscheinungen einhergeht. Zur Erkrankung kommt es nur dann,
wenn die Viren generalisieren und zu Organschäden führen. Bei den Enteroviren finden wir eine saisonale
Häufung in den Sommermonaten. Die Enteroviren werden zu Beginn über Rachentröpfchen, später über den
Stuhl ausgeschieden. Die Übertragung von Mensch zu Mensch erfolgt nicht nur direkt über Tröpfcheninfektion
und Schmutzinfektion, sondern auch indirekt über verunreinigte Lebensmittel. Die Relation Infizierter zu
Erkrankten ist meist sehr klein. (Beim Poliovirus z. B. erkrankt 1 Kind auf 100 infizierte Kinder.) Die klinisch
inapparent infizierten Menschen stellen meist die Hauptinfektionsquelle dar.
Die durch Enteroviren hervorgerufenen klinischen Krankheitsbilder sehen sehr oft ähnlich aus, so daß man bei
der Diagnostik immer alle Enteroviren als mögliche Erreger einbeziehen muß. Wichtig ist deshalb der Versuch
einer Erregerisolierung über verschiedene Zellkulturen. Als Untersuchungsmaterial kommen insbesondere
Stuhlproben in Betracht, aber auch Rachenabstriche in der ersten akuten Krankheitsphase und evtl. Liquor.
Antikörper können mit verschiedenen serologischen Reaktionen nachgewiesen werden.
Poliovirus
Die Polioviren sind die Erreger der Poliomyelitis (spinale Kinderlähmung, Heine-Medin-Krankheit), wir
unterscheiden serologisch die Typen 1, 2 und 3. Das Poliovirus wird über den Mund aufgenommen und vermehrt
sich in der Rachen- und Darmschleimhaut. Meist treten in dieser ersten Phase keine klinischen Erscheinungen auf
oder man sieht uncharakteristische Symptome von seiten des Rachens und des Darmes, wie Fieber, Übelkeit,
Gliederschmerzen und evtl. Durchfälle. In diesem Frühstadium werden die Polioviren im Rachensekret (über 1-2
Wochen) und im Stuhl (über mehrere Wochen) ausgeschieden, es kann sich dann eine virämische Phase
anschließen und die Polioviren siedeln sich in verschiedenen Organen an. Das Poliovirus kann dabei auch ins
Rückenmark gelangen und Lähmungen verursachen. Klinisch ist für die Poliomyelitis ein biphasischer Verlauf
typisch: Nach einer schnellen Abheilung der ersten Phase kommt es einige Tage später zur zweiten
Krankheitsphase mit meningealen Reizsymptomen und nachfolgenden Lähmungen. Die Paralysehäufigkeit
(Paralyse = vollstängige Bewegungslähmung) und die Stärke der Erkrankung hängen vom Virus, vom
Lebensalter des Betroffenen und seiner Resistenzlage ab.
Die Poliomyelitis tritt epidemisch und endemisch auf, der Mensch ist das alleinige Virusreservoir. Generell gilt:
Je früher der Mensch eine Polioerkrankung durchmacht, um so leichter verläuft sie. So ist es verständlich, daß in
Ländern mit niedrigem Hygienestandard eine mehr oder weniger vollständige Durchseuchung schon im
Frühkindesalter erfolgt, und zwar bei relativ wenig manifesten Krankheitsfällen. Bei Verbesserung der
hygienischen Verhältnisse verschiebt sich der Infektionszeitpunkt mehr ins Erwachsenenalter die Zahl der
Erkrankungen und die der Paralysen nehmen zu. Im Frühstadium ist eine Infektion von Mensch zu Mensch über
Rachentröpfchen möglich, später geht die Infektion über fäkale Verunreinigungen. (Pro Gramm Stuhl werden
rund 106 Viren ausgeschieden.) Auch klinisch gesunde Menschen können längere Zeit Polioviren ausscheiden
und sind daher eine sehr wichtige Infektionsquelle.
Die Polioschutzimpfung hat sich als eine der wirksamsten und auch verträglichsten prophylaktischen Maßnahmen
erwiesen: Verwendet werden kann entweder die Totvakzine nach SALK oder eine Lebendvakzine mit
abgeschwächtem Poliovirus, z. B. der Impfstoff nach SABIN. In allen Vakzinen sind die 3 Poliovirustypen
enthalten. Die Polioschutzimpfung hat zu einem drastischen Rückgang der Poliomyelitismorbidität geführt. Die
Salk-Vakzine induziert eine humorale Immunität, während mit der Sabin-Vakzine darüber hinaus auch eine
lokale Immunität zumindest der Darmschleimhaut erzeugt wird. Die Lebendvakzine ist aber mit der, wenn auch
sehr seltenen Möglichkeit des Auftretens einer Polioerkrankung belastet (dies soll bei 1 Fall auf 1 Million
Geimpfter vorkommen). Während die Totvakzine die Generalisierung der Polioviren verhindert, reduziert die
Lebendvakzine schon eine Darminfektion in der ersten Phase. Da Polioerkrankungen bei uns jetzt selten sind, ist
zu befüchten, daß die Durchimmunisierung der Bevölkerung aufgrund von Infektionen und Schutzimpfungen
abnehmen wird (Impfnachlässigkeit!). Dadurch wird die Gefahr epidemischer Polioausbrüche größer. Es ist
daher außerordentlich wichtig, auch jetzt
Durchimmunisierung der Kinder zu stärken.
die
Impfdisziplin
durch
eine
möglichst
vollständige
VORLESUNG:
Polioviren sind die Erreger der Poliomyelitis (= „Entzündung der grauen Zellen im Rückenmark“).
graue Zellen = motorische Nervenzellen
Es kommt zu Ausfallerscheinungen der motorischen Nervenzellen, die Ausfallerscheinungen sind dauerhaft, weil
Nervenzellen nicht regenerationsfähig sind.
Es kommt zu einer schlaffen Lähmung ( spastische Lähmung, wenn die Antagonisten nicht gelähmt sind)
durch die Lähmung betroffen sind Arme, Beine, innere Organe (z.B. Blase, Schlundwege  Kehlkopf), was
Auswirkungen auf die Atmung und das Schlucken hat.
Polioschutzimpfung: es ist eine der bestverträglichsten Schutzimpfungen. Es kommt ein Impfzwischenfall auf
5.000.000 Impfungen. In diesem Fall verläuft die Kinderlähmung gutartig und die Lähmungen gehen wieder
zurück.
Übertragung des Virus: geringe Ansteckungskraft (1:100)
Impfstoffe:
1. Todimpfstoff, enthält inaktivierte Viren ; per Injektion
entwickelt durch SALK ()
2. Lebendimpfstoff; orale Aufnahme des Wirkstoffs  Schluckimpfung
entwickelt durch SABIN (L)
 bessere Antigenwirkung
 längere Wirksamkeit
 Bei den Impfviren handelt es sich um einen Virenstamm, der nach einiger Zeit abstirbt.
 orale Aufnahme des Wirkstoffs  Schluckimpfung
 Nachteil: der Impfling scheidet Viren aus. Kommt es zum Kontakt mit
immungeschwächten Personen, kann es zu einer Polioerkrankung kommen
3.LM (L)  Lebendimpfstoff; Impfschutz von 99%
4.LM
 Impfschutz von 99,99%
15.LM
danach alle 10 Jahre
Der Durchimpfungsgrad in der Bevölkerung sollte bei mehr als 70% liegen.
( 0,7 + 0,3 )2 = 0,49 + 0,42 + 0,09
geimpft
nicht
2 geimpft 1 geimpft keiner geimpft
geimpft
 9% können sich infizieren
Erstimpfung:
Coxsackievirus
Der Name dieses Virus geht auf einen Städtenamen in den USA zurück, wo 1948 die Erstisolierung gelang. Wir
unterscheiden inzwischen 24 Serotypen des Coxsackievirus A und 6 Serotypen des Coxsakkievirus B. Diese
Viren sind weltweit verbreitet, ihre Epidemiologie ist dem Poliovirus ähnlich. Auch hier können häufig klinisch
inapparente Infektionen vorkommen. Beim leichten Krankheisverlauf sind folgende Erscheinungen zu
beobachten; grippeähnliche Erkrankung der oberen Luftwege, Gastroenteritis, Herpangina (schmerzhafte
Bläschenbildung im Mund-Rachen-Raum), Bornholmer Krankheit (Fieber, schmerzhafte Entzündung von
Muskelpartien, insbesondere der Zwischenrippenmuskeln), Exanthem, Lymphknotenentzündung und
Hodenentzündung. Aber auch schwere Verläufe sind möglich: Meningitis, Enzephalitis, Hepatitis, Pneumonie,
Myo- und Perikarditis. Zwischen diesen Krankheitsbildern und den verschiedenen Serotypen bestehen offenbar
Zusammenhänge.
Echo-Virus
Der Name der 1951 erstmals isolierten Echo-Viren ist auf die folgende ursprünglich verwendete Bezeichnung
zurückzuführen: enteric cytopathic human orphan virus. Dieser Name wurde damals deshalb gewählt, weil man
wohl die Viren selbst, jedoch keine dazugehörigen Krankheitsbilder kannte (orphan = Waise). Typisch für diese
Viren ist auch ihr ausgeprägter zytopathischer Effekt in Zellkulturen. Inzwischen weiß man, daß die 33 Serotypen
der Echo-Viren weltweit verbreitet sind, die Durchseuchung der Bevölkerung ist groß und findet meist schon in
frühen Jahren statt. Die durch Echo-Viren hervorgerufenen Krankheitsbilder ähneln den
Coxsackievirusinfektionen.
Rhinovirus.
Die bis heute bekannten über 110 Serotypen der Rhinoviren sind die eigentlichen Erreger des banalen
Schnupfens des Menschen. Schätzungsweise 50% aller akuten Erkältungskrankheiten gehen auf das Konto dieser
Rhinoviren. Auch das Virus der Maul- und Klauenseuche des Rindes gehört in diese Virusgruppe.
VORLESUNG:
Rhinoviren (= Schnupfenviren) werden durch Tröpfcheninfektion übertragen. Es kommt zur Reizung der
Schleimhaut und zu einer vermehrten Flüssigkeitsbildung. Unterkühlte Schleimhäute sind besonders anfällig für
Rhinoviren. Verursacht wird dies oft durch Zugluft (= Luftbewegung, die subjektiv nicht wahrgenommen wird)
Bakteriophagen
Unter Bakteriophagen (auch kurz Phagen genannt) versteht man Viren, die sich in ihrer Lebensweise auf
Bakterien fixiert haben. Diese Phagen können daher nur Bakterien befallen und sich in ihnen vermehren, nicht
dagegen tierische oder pflanzliche Zellen.
Ein Bakteriophag besteht aus einer Eiweißhülle (Kopf, Schwanz und
Endplatte mit Schwanzfasern) und einem im Inneren des Kopfes
befindlichen DNA- oder RNA-Faden (Erbanlage des Phagen). Der
Kopf hat einen Durchmesser von etwa 25 – 95 nm, der Schwanz ist
15 – 150 nm lang. Man unterscheidet je nach vorhandener
Erbsubstanz zwischen DNA- und RNA-Phagen. Auch ihr Aussehen
kann sehr unterschiedlich sein: Die Köpfe können polyedrisch oder
kugelig aussehen, der Schwanz kann kurz oder lang sein. Da das
Wirtsspektrum der Phagen meist auf eine Bakterienart bechränkt ist,
spricht man von Samonellophagen, Staphyllophagen u.a. Das
Wirtsspektrum ist aber auch innerhalb einer Bakterienart
unterschiedlich.
Vermehrung der Bakteriophagen
Der Phage setzt sich mit seiner Endplatte auf einen bestimmten und dazu passenden Rezeptor in der
Bakterienzellwand (Adsorptionsphase). Danach wird mit Hilfe des wie eine Injektionsspritze fungierenden
Schwanzteiles DNA oder RNA aus dem Köpfchen in das Bakterieninnere hineingeschossen (Penetrationsphase),
während die Phagenhülle draußen bleibt. Ist die Phage aktiv (virulenter Phage), dann schließt sich die
intrezelluläre Vermehrungsphase an. Die eingedrungene Erbsubstanz des Phagen zwingt die Enzymsysteme des
Bakteriums dazu, neue Phagenpartikel herzustellen. Hüllenteile und Erbsubstanz werden zuerst getrennt
produziert und erst dann zusammengebaut. Aus einem eingedrungenen Phagen entstehen somit rund 100-300
neue Phagen. Abschließend bewirken die neugebildeten Phagen, daß die Bakterienzelle von innen aus aufgelöst
und die Phagen freigesetzt werden (Ausschleusephase).
Ist der in ein Bakterium eingedrungene Phage nicht aktiv (temperierter oder abgeschwächter Phage), dann
schließt sich der Penetrationsphase keine Vermehrungsphase an. Die Phagen-DNA (Prophage) wird vielmehr in
die chromosomale DNA des Bakteriums integriert und so an die Bakterientochterzelle weitervererbt. Ein
Bakterium, daß Prophagen in seinem Chromosom besitzt, nennt man lysogen. Dieser lysogene Zustand kann nun
länger bestehen bleiben, es kann aber auch passieren (besonders auf äußere Reize durch bestimmte Chemikalien
oder UV-Strahlung hin), daß der Prophage sich wieder von der Bakterien-DNA loslöst und sich dann weiter wie
ein virulenter Phage verhält ( d.h. es werden neue Phagen gebildet). Da im lysogenen Zustand Eigenschaften, die
von der Prophagen-DNA kontrolliert werden, sozusagen Merkmale des Bakteriums selbst werden, ist dieser
Vorgang für die Verbreitung bestimmter Bakterienmerkmale, wie z.B. Antibiotikaresistenz, bedeutsam.
Transduktion
Bei temperenten Phagen kommt es vor, daß sie bei Übergang vom Prophagenstadium in den infektiösen Zustand
in die eigene DNA auch DNA-Stücke des Wirtsbakteriums einbauen. Wenn solche Phagen dann einen anderen
Bakterienstamm befallen, so bilden sich bei diesem in gewisser Zahl Prophagen aus. Dabei wird ihre DNA
einschließlich der DNA des ursprünglichen Wirtsbakteriums der genetischen Substanz des neu befallenen
Bakteriums hinzugefügt. Der neue Wirt bildet nun bestimmte Merkmale der alten Wirte aus, nämlich solche,
deren Gene in der Phagen-DNA „eingeschleppt“ wurden. Diese Übertragung genetischer Substanz mit Hilfe
temperenter Phagen heißt Transduktion.
Bei der Transduktion wird das Gen mit Hilfe eines Bakteriophagen (bakterienspezifisches Virus) von Zelle zu
Zelle übertragen. Innerhalb der Spenderzelle nimmt der Bakteriophage das Gen auf, er dringt dann in eine
Empfängerzelle ein, wo das Gen der Spenderzelle frei wird und in die Erbanlage der Empfängerzelle eingebaut
werden kann.
Schematische Darstellung der Transduktion
a) einer chromosomalen DNA-Sequenz
Beispiel: Weitergabe von bakteriellen Resistenzen/ pathogenen Informationen
b) eines Plasmides
Größenordnung von Mikroorganismen, Viren, Molekülen
Auflösungsbereich
Lichtmikroskop
100 – 10 m
Protozoen
Pilze
5 – 0,2 m
Bakterien
500 - 200 nm
Rickerttsien
Chlamydien
Erythrozyt hat einen Durchmesser von 7,5 m
Hefepilzzellen:
2 – 10 m
Kokken (Kugelbakterien):
~ 1m
Stäbchen:
~ 2m
Auflösungsbereich
Elektronenmikroskop
250 – 20 nm
Viren
10 – 1 nm
Makromoleküle
1nm - 10Å
Moleküle
1Å
Atome
Auflösungsvermögen: Zwei Strukturen können noch getrennt voneinander wahrgenommen werden
d= 
An
d = Abstand zwischen zwei Strukturen
An = numerische Apertur; feste Größe eines optischen Systems
An >  großes Auflösungsvermögen
An <  kleines Auflösungsvermögen
 = Wellenlänge
Je kleiner die Wellenlänge, desto kleiner kann der Abstand d werden (Auflösung wird größer).
Elektronenmikroskope arbeiten mit kürzere Wellenlängen als Lichtmikroskope.
Keimzahl
Vermehrung der Bakterien
Eine Bakterienzelle vermehrt sich in der Regel durch Querteilung, wobei aus einer Mutterzelle zwei
Tochterzellen entstehen. Als erstes wird der DNA-Faden des Bakterienchromosoms zu zwei exakt
übereinstimmenden DNA-Fäden verdoppelt. Danach bildet sich von der Zellwand ausgehend eine Querwand, die
die Mutterzelle in zwei gleiche Teile trennt. In jede dieser Tochterzellen kommt ein DNA-Faden. Der ganze
Teilungsvorgang verläuft meistens in wenigen Minuten ab, so z.B. bei E.coli in 20 Minuten. Diese
„Generationszeit“ kann aber auch Stunden oder Tage dauern, so z.B. beträgt sie bei dem Tuberkelbakterium 18
Stunden. Die Anhäufung von neugebildeten Zellen nennt man Bakterienkultur. Diese Bakterienkultur verläuft in
einer charakteristischen Kurve (Wachstumskurve).
LagPhase
exponentielle
Phase
stationäre
Phase
AbsterbePhase
In der Lag- oder Anlaufphase wird die Teilung der Bakterienzelle vorbereitet, eine Zellvermehrung findet aber
noch nicht statt. Diese Phase dauert ungefähr 1 ½ bis 3 Stunden. In der exponentiellen Phase (Dauer etwa 7
Stunden) erfolgt die eigentliche Zellvermehrung, die Zellzahl steigt logarithmisch an. In der stationären Phase
hält sich die Zahl der neugebildeten und die der abgestorbenen Bakterienzellen im Gleichgewicht. In der
Absterbephase überwiegt die Zahl der abgestorbenen Bakterien diejenige der neugebildeten Zellen, die Kultur
stirb langsam ab.
Zwei Begriffe sind zu unterscheiden: unter Lebendzahl oder Keimzahl versteht man die Zahl der lebenden
Bakterien in einer Kultur, bereits abgestorbene Zellen werden nicht mitgerechnet. Die Gesamtzahl dagegen
umfaßt sowohl die lebenden als auch die toten Zellen einer Bakterienkultur.
Findet die Bakterienvermehrung auf der Oberfläche fester Nährböden statt, nennt man den mit bloßem Auge
sichtbar gewordenen Bakterienhaufen eine Bakterienkolonie. Dazu ist in etwa eine Zellzahl von rund 108
Bakterien notwendig, welche bei den meisten Bakterienarten in rund 24 Stunden erreicht wird. Bei langsamer
wachsenden Bakteriendauert die Koloniebildung entsprechend länger, so z.B. beim Tuberkelbakterium
mindestens zwei Wochen. Die Koloniebildung erfolgt in recht charakteristischer Art und Weise. So entstehen
ganz unterschiedliche Kolonieformen, ein für die Bakteriendifferenzierung wichtiges Merkmal.
VORLESUNG:
Wachstum von Bakterien
Zahl lebender Zellen (log 2)
D
E
F
C
A = Lag-Phase (Verzögerungsphase)
B = Beschleunigungsphase
C = Exponentielle Phase
D = Verzögerungsphase
E = Stationäre Phase
F = Absterbephase
Kultur = Nährmedium mit darin lebenden
Bakterien
Wachstum nur durch Querteilung der
Bakterienzellen
B
A
Zeit (Std.)
Darstellung einer statischen Zellkultur
A=
B=
C=
D=
E=
F=
Bakterien brauchen “Eingewöhnungszeit”, um sich an das Nährmedium zu gewöhnen
Anpassungsphase
Enyme zur Verwertung der Nährstoffe müssen in den Bakterienzellen vorhanden sein.
Die Zahl der lebenden Zellen ist konstant.
einige Bakterien sind bereits am Teilen
alle Bakterienzellen befinden sich in Teilung
einige Zellen teilen sich nicht mehr; die Nährstoffe werden unvollständig abgebaut und es werden
Abbauprodukte wie Aldehyde und Säuren gebildet. Das Bakterienwachstum benötigt ein pH-Optimum.
Durch die Säurenbildung kommt es zur Übersäuerung der Bakterienkultur. Das Bakteriensterben ist auf
die Übersäuerung oder auf Nährstoffmangel zurückzuführen
Teilungsrate = Sterberate
Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts
107 Bakterien können pro Mililiter Nährboden wachsen. Wird diese Zahl überschritten kommt es zur
gegenseitigen Behinderung der Zellen.
Die Bakterien sterben an Nährstoffmangel, schädlichen Abbauprodukten und Platzmangel.
Statische Kultur
= Nach dem Ansatz der Kultur werden die Bakterien sich selbst überlassen.
Kontinuierliche Kultur = Schadstoffe werden aus der Kultur entfernt, neue Nährstoffe werden zur Verfügung
gestellt, einige Bakterien werden entfernt Phase C wird dauerhaft erhalten.
Einsatz von Antibiotika
Bakterien können durch -Lactam-Antibiotika nur abgetötet werden, wenn sie sich in Teilung befinden
 müssen in Phase C eingesetzt weden; “ruhende Bakterien” können nicht abgetötet werden.
Dosierung von -Lactam Antibiotika
 Intervalltherapie
Antibiotikum



MHK
einige Bakterien befinden
sich nicht in der Teilungsphase;
Antibiotikum kann nicht wirksam
werden
= wirksame Konzentration des Antibiotikums
MHK = Minimale Hemm-Konzentration; geringste Konzentration einer gegen Mikroorganismen und Viren
wirkenden
Substanz
(Chemotherapeutikum,
Antibiotikum,
Antiseptikum, Desinfektionsmittel), die eine Vermehrung der
Erreger hemmt.  Bakteriostase
Das Antibiotikum wird erst wirksam, wenn der MHK-Wert überschritten wird. Liegt die Konzentration des
Antibiotikums unterhalb des MHK-Wertes, teilen sich die Bakterien wieder. Das Antibiotikum besitzt eine
Halbwertszeit von ca. einer halben Stunde. Das bedeutet, daß die Antibiotikagabe alle 6-8 Stunden wiederholt
werden muß. Auf diese Weise wird die Zahl der verbleibenden Bakterien immer weiter reduziert. Die restlichen
Bakterien, die durch das Antibiotikum nicht mehr bekämpft werden können, müssen durch die körpereigene
Abwehr bekämpft werden. Antibiotika haben somit eine heilungsunterstützende Wirkung.
Bakterien:
+
Kleinheit
Eintritt durch kleinste Körperöffnungen
Kurze Generationszeit
Kleine Organismen haben einen vergleichsweise hohen Stoffwechsel:
E ~ O2/3
Der Energieumsatz ist abhängig von der Oberfläche.
 Unterproportionaler Energieverbrauch zum Wachstum (je größer der Organismus, desto
geringer der Energieverbrauch.
Bakterien besitzen einen 60 fachen und größeren Stoffwechsel als Körperzellen
 Produktion von Toxinen, ...
Topoisomerasen
DNA-Topoisomerasen; Enzyme, die durch vorübergehendes Spalten und wieder zusammenfügen der
doppelhelikalen Stränge ringförmiger Desoxyribonucleinsäure das Ausmaß der Superhelixbildung regulieren. Zu
diesem Zweck schneidet (engl. Nicking) die Topoisomerase I einen und die Topoisomerase II (in Bakterien als
Gyrase bezeichnet) beide der Einzelstränge der DNA-Doppelhelix auf. Die Topoisomerasen in Prokaryonten
und Eukaryonten unterscheiden sich. Darauf beruht die selektive Wirkung der Gyrasehemmer.
Gyrasehemmer
Pharmaka, die das Enzym Gyrase hemmen und dadurch bakterizid wirken.
Gyrasehemmer unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur stark von anderen antibakteriellen Wirkstoffen.
Grundstruktur der meisten Gyrasehemmer ist das Chinolon.
Anwendung
v.a. bei bestimmten Infektionen der Niere, Harnwege, Geschlechtsorgane, Atemwege, des
Bauchraums und der Haut.
Nebenwirkungen: möglich sind z.B. Neurotoxizität (z.B. Krampfanfälle), Gelenkknorpelschäden (daher
kontraindiziert bei Kindern und Schwangeren), allergische Reaktionen, Blutbildschäden,u.a.
Beispiele:
Ofloxacin, Ciprofloxacin
Claudia Golisch
Herunterladen