Clostridien

Clostridien gehören zu den sporenbildenden, obligat anaeroben, grampositiven Bakterien. Zu den wichtigsten pathogenen Arten gehören Clostridium perfringens Clostridium perfringens Gasbrand (C. perfringens), welches Gasbrand Gasbrand Gasbrand und Lebensmittelvergiftungen verursachen kann; C. difficile, das mit pseudomembranöser Kolitis assoziiert ist; C. tetani, welches den Wundstarrkrampf verursacht; und C. botulinum, das Botulismus Botulismus Botulismus verursacht. Clostridium perfringens Clostridium perfringens Gasbrand (C. perfringens), Clostridioides difficile, C. tetani, und C. botulinum haben jeweils ein breites Spektrum klinischer Erscheinungsformen.

Aktualisiert: 01.06.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Klassifikation

Mikrobiologie Flussdiagramm Gram-positive Bakterien Klassifizierung

Gram-positive Bakterien:
Die meisten Bakterien können mittels Gram-Färbung klassifiziert werden.
Bakterien mit Zellwänden, die eine dicke Peptidoglykanschicht aufweisen, behalten die bei der Gram-Färbung verwendete Kristallviolettfärbung innen, werden aber von der Safranin-Gegenfärbung nicht beeinträchtigt. Diese Bakterien erscheinen auf der Färbung violett-blau, was bedeutet, dass sie grampositiv sind. Die Bakterien lassen sich nach ihrer Morphologie (verzweigte Fäden, Bazillen und Kokken in Clustern oder Ketten) und ihrer Fähigkeit, in Gegenwart von Sauerstoff zu wachsen (aerob bzw. anaerob), weiter einteilen. Die Kokken können auch weiter identifiziert werden. Staphylokokken können anhand des Vorhandenseins des Enzyms Koagulase und ihrer Empfindlichkeit gegenüber dem Antibiotikum Novobiocin eingegrenzt werden. Streptokokken werden auf Blutagar gezüchtet und danach klassifiziert, welche Form der Hämolyse sie anwenden (α, β oder γ). Die Streptokokken werden anhand ihrer Reaktion auf den Pyrrolidonyl-β-Naphthylamid-Test (PYR), ihrer Empfindlichkeit gegenüber spezifischen antimikrobiellen Mitteln (Optochin und Bacitracin) und ihrer Fähigkeit, auf Natriumchloridmedium (NaCl) zu wachsen, weiter eingegrenzt.

Bild von Lecturio. Lizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Allgemeine Merkmale

  • Grampositive Bakterien
  • Sporenbilder
  • Obligate Anaerobier
  • Vorkommen:
    • Boden, Süßwasser, Gewässerschlämme
    • Verdauungstrakt von Menschen und Tieren
    • Zervikal-vaginale Flora
    • Sporen können über die Luft übertragen werden.
  • Pathogenese:
    • Die Infektion kann exogen (von außen) oder endogen stattfinden.
    • Krankheiten können durch Exotoxine oder Enterotoxinproduktion hervorgerufen werden.
Clostridien-Karikatur

Das Bild zeigt die allgemeine Struktur der grampositiven Clostridien. Bild von Lecturio.

Pathogene Arten

  • C. perfringens
  • C. difficile
  • C. tetani
  • C. botulinum
Tabelle: Gegenüberstellung von Clostridienspezies
C. botulinum C. difficile C. perfringens C. tetani
Vorkommen
  • Boden
  • Gewässerschlämme
  • Darmflora
  • Boden
  • Darmflora
  • Boden
  • Darmflora
Virulenz
  • Botulinumtoxin
  • Enterotoxin A
  • Toxin B
  • Alpha-Toxin
  • Enterotoxin
  • Tetanustoxin (Tetanospasmin)
Infektionsweg Ingestition von:
  • Sporen
  • Toxin
Über Sporen: Über Sporen:
  • Traumatische Wunden
  • Aufnahme von Lebensmitteln
Über Sporen:
Klinik
  • Lebensmittelvergiftung
  • Lokalisierte Zellulitis
  • Clostridium Myonekrose
  • Spastische Lähmung
  • Trismus
  • Risus sardonicus
  • Opisthotonos
  • Tetanus Tetanus Tetanus bei Neugeborenen

Clostridium botulinum

Epidemiologie

Infektionsweg

  • Keine Mensch-zu-Mensch-Übertragung
  • Lebensmittelbotulismus Lebensmittelbotulismus Botulismus:
    • z. B. in Wurst-, Gemüsekonservendosen und Fischprodukten
  • Säuglingsbotulismus Säuglingsbotulismus Botulismus:
    • Durch mit Sporen belastete Lebensmittel, die nicht ausreichend lange erhitzt wurden.
    • Darmflora der Säuglinge ist noch nicht ausreichend entwickelt, sodass Clostridienkeime dort auskeimen und Toxin bilden können.
  • Wundbotulismus Wundbotulismus Botulismus:
    • In Zusammenhang mit intravenösem, subkutanem oder intramuskulärem Drogenabusus
    • Bei subkutaner Injektion mit C. botulinum kontaminierter Drogen kann es zur Bildung eines Spritzenabszesses und sich daraus entwickelndem Wundbotulismus Wundbotulismus Botulismus kommen.
    • Auskeimen der Erregersporen und anschließende Toxinproduktion in anaeroben Wunden
    • Symptomatik hervorgerufen durch BoNT

Pathogenese

  • Botulismus Botulismus Botulismus ist eine potenziell lebensbedrohliche, neuroparalytische Erkrankung.
  • Botulinum-Neurotoxin (BoNT)
    • Protease
    • Spaltet Anheftungsproteine (SNAP) bzw. Rezeptorproteine (SNARE)
    • Führt dadurch zu einer Hemmung der exzitatorischen Acetylcholin (ACh) Ausschüttung an der motorischen Endplatte.
    • Verursacht schlaffen Lähmungen.
Pathophysiologischer Mechanismus, verursacht durch Clostridium botulinum

Durch Clostridium botulinum verursachter Pathomechanismus.
Die Einschleusung des Erregers mit seinem Toxin führt zu einer verminderten ACh Ausschüttung, da ein Teil des Toxins die motorische Endplatte an der Freisetzung ihrer Neurotransmitter in die Synapse hindert. Bild von Lecturio.

Klinik

Lebensmittelbotulismus Lebensmittelbotulismus Botulismus:

Säuglinge (Floppy-Baby-Syndrom):

  • Hypotonie Hypotonie Hypotonie
  • Schwierigkeiten bei der Nahrungsaufnahme
  • Schwacher Schrei
  • Speichelfluss
  • Reizbarkeit
PMC3223485 eplasty11e47 fig5

Sechs Wochen alter Säugling mit Botulismus
Deutlicher Verlust des Muskeltonus, insbesondere im Kopf- und Halsbereich

Bild: “PMC3223485_eplasty11e47_fig5” von Chopra K, Conde-Green A, Folstein MK, Knepp EK, Christy MR, & Singh DP. Lizenz: CC BY 2.0.

Identifizierung

  • Toxin-Identifizierung aus:
    • Serum
    • Wundabstrichen
    • Stuhl
    • Mageninhalt
    • Lebensmittel
  • ELISA Test
  • Maus-Bioassay
  • Immunologische- und massenspektrometrische Toxinnachweise
  • PCR-Nachweis von Toxin-Genen im Organismus

Therapie

  • Intubation und Beatmung bei Verdacht auf BoNT-Intoxikation und Hinweis auf schweren Verlauf
  • Chirurgisches Wunddébridement
  • Antibiotische Therapie mit Penicillin
  • Antitoxingabe
  • Die gleichzeitige Gabe von Antitoxin während einer Antibiotischen Therapie ist essenziell, da durch die Antibiotikum-indizierte Lyse der Bakterien die Toxinmenge im Blut schlagartig ansteigen kann.

Clostridium (Clostridioides) difficile

Epidemiologie

  • Verursacht ca. 15-20 % der antibiotikaassoziierten Durchfallerkrankungen.
  • Häufigster Erreger der pseudomembranösen Kolitis (>95 %)
  • In ca. 1 von 100 Fällen mit Antibiose muss mit C. difficile gerechnet werden.
  • Häufig im Darm von Kleinkindern (bis 80 %), aber selten im Darm Erwachsener (<5 %) nachzuweisen.

Reservoirs

  • Boden, Oberflächenwasser
  • Darmtrakt von Menschen und Tieren

Infektionsweg

  • Orale Aufnahme der Bakterien bzw. der Sporen
  • Fäkal-orale Sporenübertragung (über Stuhl bereits infizierter Patient*innen)
  • Sporenübertragung von Mensch zu Mensch (schlechtes Händewaschen)

Pathogenese

  • Produziert zwei starke Exotoxine
  • Inaktivierung von Ras homologen (Rho) Guanosintriphosphat (GTP) Enzymen (GTPasen):
  • Dipicolinsäure im Sporenkern: sehr widerstandsfähig gegen Hitze und Chemikalien

Klinik

Pseudomembranöse Kolitis Pseudomembranöse Kolitis Pseudomembranöse Kolitis (PMC):

  • Abdominelle Schmerzen
  • Starker, wässriger Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö) (gelegentlich blutig)
  • Leukozytose
  • In Verbindung mit kürzlich erfolgter Einnahme von Antibiotika

Therapie

  • Beenden der Antibiotikatherapie
  • Antibiotische Behandlung (anderes Antibiotikum, als zuvor), bei:
    • Fortbestehender Symptomatik
    • Älteren/vorerkrankten Patient*innen
    • Zwingend notwendiger Fortführung der ursprünglichen Antibiose
    • Falls erforderlich Antibiose mit Vancomycin oder Metronidazol

Bei therapierefraktären Durchfällen, bedingt durch eine Infektion mit C. difficile kann auch die fäkale Mikrobiotika-Transplantation (FMT, Stuhltransplantation) zum Einsatz kommen.

  • Transplantation von Spenderstuhl per nasogastraler Sonde oder koloskopisch
  • Prinzip: Erholung der irreparabel geschädigten Darmflora des Empfängers durch Transfer von gesundem Spenderstuhl mit intaktem Mikrobiom
  • Vorbereitung einer FMT
    • Suche nach geeigneten Spender*innen: Nach Möglichkeit Verwandte oder Menschen aus dem eigenen Haushalt, da das Mikrobiom sich vermutlich ähnlich zusammen setzt.
    • Untersuchung des Stuhls und des Blutes der Spender*innen nach pathogenen Erregern
    • Einige Grunderkrankungen (z. B. chronisch entzündliche Darmerkrankungen, Diabetes mellitus Diabetes Mellitus Diabetes Mellitus, Einnahme von Immunsuppressiva Immunsuppressiva Immunsuppressiva), eine auffällige Reiseanamnese und soziale Faktoren (z. B. Substanzmissbrauch, Beruf in medizinischer Versorgung) können eine Spende ausschließen.
  • Mögliche Nebenwirkungen:
    • Übertragung infektiöser Erreger
    • Aktivierung von immunologischen, neoplastischen und metabolischen Reaktionen mit schädigender Wirkung
    • Unklare weitere Nebenwirkungen bei bisher nicht komplett erforschtem/verstandenen Mikrobiom
Pseudomembranöse Kolitis

Pathologisches Präparat einer pseudomembranöser Kolitis

Bild: “Pseudomembranous colitis” von the pathologist at work. Lizenz: Public Domain.

Identifizierung

Clostridium perfringens

Epidemiologie

  • Lebensmittelvergiftung:
    • relativ häufig
    • meist zwei oder mehrere betroffene Personen

Infektionsweg

  • Sporen im Boden: Kontamination von Wunden
  • Sporen in aufgewärmtem Fleisch: Lebensmittelvergiftung

Pathogenese

Myonekrose (Gasgangrän):

  • Alpha-Toxin:
    • Hämolytisches Toxin; wesentlich für Krankheitsmanifestationen und Sterblichkeit
    • Hat Phospholipase-C- und Sphingomyelinase-Aktivität
    • Zersetzt Gewebe und Zellmembranen
    • Verursacht Thrombosen der kleinen Gefäße und Gewebeischämie
    • Ischämie schafft anaerobe Umgebung → weitere Ausbreitung von C. perfringens
    • Verringert auch die Herzleistung und trägt zum systemischen Schock Schock Schock: Überblick bei
  • Theta-Toxin (Perfringolysin O):
    • Porenbildendes Cytolysin
    • Zytotoxisch für Gefäß- und Immunzellen
    • Nicht wesentlich für die Sterblichkeit

Lebensmittelvergiftung:

  • Verursacht durch Stämme vom Typ A
  • Die Sporen überleben Kochtemperaturen und vermehren sich in unsachgemäß gelagerten Lebensmitteln.
  • Enterotoxin:
    • Unterbricht den Ionentransport im Ileum Ileum Dünndarm
    • Führt zu wässriger Diarrhöe

Klinik

  • Lebensmittelvergiftung:
    • Langsam einsetzender, wässriger Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö) in Zusammenhang mit abdominellen Schmerzen
    • Erbrechen Erbrechen Erbrechen im Kindesalter und Fieber Fieber Fieber sind ungewöhnlich.
    • Erste Symptome i.d.R. 12-24 Stunden nach Toxinaufnahme
    • Selbstlimitierend, Ausheilung in 1-3 Tagen
    • Elektrolyt- und Wasserverlust kann zu Kreislaufkollaps führen.
  • Myonekrose:
    • Starke Schmerzen
    • Gewebekrepitus (durch Gasbildung)
Gasgangrän

Gasgangrän des rechten Beins und des Beckens

Bild: “Gas gangrene” von Engelbert Schröpfer, Stephan Rauthe und Thomas Meyer. Lizenz: CC BY 2.0.

Identifizierung

  • Gram-Färbung und Kultur des Gewebes/der Blasenflüssigkeit
  • Blutkulturen
  • Stuhlkulturen für lebensmittelbedingte Krankheiten
  • Ausgeprägte Wachstumsmerkmale:
    • Eigelb-Agar: bildet eine trübe Zone
    • Katalase negativ
    • Oxidase negativ
    • Doppelte Hämolysezone auf Blutagar
    • Unbeweglich
    • Bekapselt

Therapie

  • Elektrolyt- und Wassersubstitution

Clostridium tetani

Epidemiologie

  • Verursacht Tetanus Tetanus Tetanus: eine Störung des Nervensystems
  • Sehr selten in entwickelten Ländern aufgrund der weit verbreiteten Impfung Impfung Impfung
  • In ressourcenbeschränkten Ländern nach wie vor endemisch

Infektionsweg

  • Über Sporen
  • In Verbindung mit Punktionswunden der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion:
    • Verrostete Nägel
    • Stacheldraht
    • Bauarbeiter*innen
  • Kein Wachstum in gesundem Gewebe
  • Prädisponierende Faktoren:
    • Lokalisierte Ischämie
    • Devitalisiertes Gewebe
    • Fremdkörper
    • Koinfektion mit anderen Bakterien

Pathogenese

  • Durchschnittliche Inkubationszeit: 8 Tage
  • Retrograder Transport des Toxins in das zentrale Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen (ZNS)
  • Tetanustoxin oder Tetanospasmin (A/B-Toxin):
    • Protease, welche das SNARE-Protein spaltet
    • Blockiert die Exozytose von hemmenden Neurotransmittern (Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und Glycin) aus Renshaw-Zellen im Rückenmark Rückenmark Rückenmark
    • Verursacht Akkumulation von ACh
    • Führt zu spastischen Lähmungen
Pathophysiologischer Mechanismus, verursacht durch Clostridium tetani

Pathophysiologischer Mechanismus, verursacht durch Clostridium tetani.
Tetanospasmin blockiert die Bindung von Neurotransmittern (GABA/Glycin) an ihre Rezeptoren an der postsynaptischen Membran; inhibieren also die Neurotransmission.Neurotransmission

Bild von Lecturio.

Klinik

  • Generalisiert:
    • Spastische Lähmung
    • Risus sardonicus
    • Trismus (Kiefersperre)
    • Opisthotonus
  • Lokal:
    • Nur eine Extremität oder Körperteil betroffen
    • Geht oft in die generalisierte Form über.
  • Kephal:
  • Neonatal:
Risus sardonicus bei Patient mit generalisiertem Tetanus

Risus sardonicus bei einem Patienten mit generalisiertem Wundstarrkrampf

Bild: PMC4946959_cureus-0008-000000000644-i01” von Zunga PM, Tarfarosh SF, Farooq O, Dar IH, Rashid S, & Yaseen U. Lizenz:  CC BY 3.0.

Identifizierung

  • Wächst in neutralem oder alkalischem Milieu.
  • Wächst auf verschiedenen anaeroben Medien:
    • Thioglykolat
    • Kasein-Hydrolysat
    • Blutagar

Prävention

  • Schutzimpfung
  • Verabreichung von Impfstoff bei sauberen Wunden, wenn:
    • < 3 zuvor erhaltene Dosen des Impfstoffs
    • die letzte Dosis > 10 Jahre zurückliegt
  • Bei kontaminierte Wunden:
    • Verabreichung des Impfstoffes, wenn die letzte Dosis mehr als 5 Jahre zurückliegt.
    • Verabreichung von humanem Tetanus-Immunglobulin, wenn < 3 Dosen Impfstoff verabreicht wurden.

Quellen

  1. Brooke I. (1988). Clostridium species (Clostridium perfringens, C. butyricum, C. clostridioforme, C. innocuum, C. ramosum, C. septicum, C. sordellii, C. tertium). http://antimicrobe.org/b90.asp
  2. Knapp, S. (2020). Clostridium botulinum. https://biologydictionary.net/clostridium-botulinum/
  3. Lamont J.T., Kelly C.P., Bakken J.S. (2020). Clostridioides (formerly Clostridiumdifficile infection in adults: Clinical manifestations and diagnosis. UpToDate. Abgerufen am 25. Dezember 2020, von https://www.uptodate.com/contents/clostridioides-formerly-clostridium-difficile-infection-in-adults-clinical-manifestations-and-diagnosis?search=clostridium%20difficile&source=search_result&selectedTitle=2~150&usage_type=default&display_rank=2
  4. LaRocque R., & Harris J.B. (2019). Causes of acute infectious diarrhea and other foodborne illnesses in resource-rich settings. UpToDate. Abgerufen am 23. Dezember 2020, von https://www.uptodate.com/contents/causes-of-acute-infectious-diarrhea-and-other-foodborne-illnesses-in-resource-rich-settings?search=clostridium%20perfringens&source=search_result&selectedTitle=2~40&usage_type=default&display_rank=2
  5. Pegram P.S., & Stone S.M. (2020). Botulism. UpToDate. Abgerufen am 25. Dezember 2020, von https://www.uptodate.com/contents/botulism?search=botulism&source=search_result&selectedTitle=1~68&usage_type=default&display_rank=1
  6. Sexton D.J., & Thwaites L. (2020). Tetanus. UpToDate. Abgerufen am 25. Dezember 2020, von https://www.uptodate.com/contents/tetanus?search=tetanus&source=search_result&selectedTitle=1~150&usage_type=default&display_rank=1#H16
  7. Stevens D.L, & Bryant A. (2020).  Clostridial myonecrosis. UpToDate. Abgerufen am 23. Dezember 2020, von https://www.uptodate.com/contents/clostridial-myonecrosis?search=clostridium%20perfringens&source=search_result&selectedTitle=1~40&usage_type=default&display_rank=1
  8. Robert Koch Institut. “Botulismus”. RKI-Ratgeber. Stand: 24.06.2022. https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Botulismus.html;jsessionid=EBE91986CC8838CCB923FC0F5D30C331.internet051#doc10845480bodyText2 (Aufgerufen am 05.08.22)
  9. Robert Koch Institut. “Clostridioides (früher Clostridium) difficile”. RKI_Ratgeber. Stand: 02.02.2018. https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Clostridium.html;jsessionid=67BF7472B6F94F414756EAA5D72323B5.internet082 (Aufgerufen am 05.08.22)
  10. Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM): Fäkale Mikrobiota-Transplantation (FMT, Stuhltransplantation): Risiko für die Übertragung von multiresistenten Erregern. 2019. https://www.bfarm.de/SharedDocs/Risikoinformationen/Pharmakovigilanz/DE/RI/2019/RI-FMT.html (Zugriff am 09.01.2023)

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

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Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

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Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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