Mykobakterien

Mykobakterien bilden eine Gattung der Familie der Mycobacteriaceae im Stamm der Actinobacteria und umfassen mehr als 150 Arten von fakultativ intrazellulären Stäbchen, die meist obligat aerob sind. Mykobakterien sind für zahlreiche Infektionen beim Menschen verantwortlich, darunter auch für schwere Krankheiten wie Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose (M. tuberculosis), Lepra Lepra Lepra(M. leprae) und Infektionen mit Bakterien des M.avium-Komplexes (englisches Akronym: MAC). Während die Lunge Lunge Lunge: Anatomie der häufigste Infektionsort ist, können Mykobakterien auch andere Organsysteme wie Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem, Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion, Nasennebenhöhlen Nasennebenhöhlen Nasennebenhöhlen, Augen, Ohren, Knochen Knochen Aufbau der Knochen, das ZNS und den Harntrakt Harntrakt Harntrakt besiedeln und infizieren.

Aktualisiert: 01.06.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Allgemeine Merkmale

Grundlegende Merkmale

Morphologie und Eigenschaften:

  • Gerade oder leicht gekrümmte Stäbchen
  • Wachstum:
    • Langsam wachsend
    • Die meisten Arten können auf einfachen Substraten mit Aminosäuren und Glycerin angezüchtet werden und wachsen auf Blutagar.
  • Unbeweglich
  • Nicht sporenbildend
  • Obligate Aerobier (einige sind mikroaerophil)
  • Katalase positiv
  • Fakultativ intrazellulär
  • Charakteristische Zellwand, die ihnen mehrere einzigartige Eigenschaften verleiht:
    • Ca. 60 % der Zellwand sind Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide (besonders resistent gegen äußere Einflüsse)
      • Mykolsäuren (langkettige gesättigte Fettsäuren Fettsäuren Fettsäuren und Lipide): bilden eine hydrophobe Wachsschicht
      • Mykoside: mykolsäurehaltige Glykolipidpeptide oder Glykolipide, z.B. Trehalose-6,6-dimykolat
    • Können beispielsweise im Labor über Jahre bei Temperaturen von -70 ºC überleben
    • Sterben bei Hitze ab (> 30 min, > 65 º C)
    • Verbunden mit einer Peptidoglykanschicht durch das Polysaccharid Arabinogalactan
    • ↓ Durchlässigkeit für viele Medikamente und Effluxpumpen
    • Mykobakterien können in Wirtszellen eindringen, ohne klinische Symptome hervorzurufen.

Eigenschaften bezüglich der Anfärbung:

  • Anfärbung mittels Ziehl-Neelsen-Färbung möglich
  • Säurefeste Stäbchen:
    • Durch Mykolsäure verliehene Eigenschaft
    • Nach dem Anfärben mit Anilinfarbstoffen nicht mit saurem Alkohol entfärben
  • Gram-Färbung:
    • kann in der Regel die wachsartige Zellwand des Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Tuberkulose Komplexes (englisches Akronym: MTBC) nicht durchdringen
    • Meistens keine Anfärbung oder unterschiedliche Ergebnisse

Klassifikation

  • Stamm: Actinobacteria
  • Familie: Mycobacteriaceae
  • Gattung: Mycobacterium (besteht aus > 150 Arten)

Mykobakterien:

  • Typische Mykobakterien: MTBC Arten:
    • M. Tuberkulosis
    • M. bovis
    • M. africanum
    • M. microti
    • M. canetti
  • Atypische, nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM):
    • Klassifikation nach dem Runyon-System
    • Die Klassifikation basiert auf der Wachstumsrate und der Pigmentproduktion.
    • Die Gruppen Ⅰ-Ⅲ sind langsam wachsend (> 7 Tage), Gruppe Ⅳ gilt als schnell wachsend (< 7 Tage):
      • Gruppe I: Photochromogene produzieren in Gegenwart von Licht Pigmente.
      • Gruppe II: Skotochromogene produzieren Pigmente in Abwesenheit von Licht.
      • Gruppe III: Nicht-fotochromogene Bakterien haben kein Pigment (dazu gehören Mycobacterium avium complex (MAC) Bakterien).
      • Gruppe IV: Bildung reifer Kolonien in Kulturmedien in < 7 Tagen
  • Nicht kultivierbar: M. leprae-Komplex (M. leprae und M. lepromatosis)
  • Saprophytisch
  • Arten von Hautulcera
Flussdiagramm zur Klassifizierung von Mykobakterien

Klassifikation von Mykobakterien

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

Die relevantesten pathogenen Arten:

  • MTBC verursacht Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose (TB).
  • M. leprae verursacht Lepra Lepra Lepra.
  • M. avium und M. intracellulare (zusammen als M. avium-Komplex (englisches Akronym: MAC) bekannt) verursachen:
    • Tuberkulose-ähnliche Lungeninfektionen
    • Disseminierte Infektionen bei immungeschwächten Patient*innen

Pathogenese

Reservoirs

  • M. tuberculosis: Der Mensch ist das einzige natürliche Reservoir.
  • M. leprae: Gürteltiere
  • M. avium und M. intracellulare: Wasser und Boden

Infektionswege

  • M. tuberculosis: Tröpfcheninfektion, ausgehend von Patient*innen mit aktiver Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose
  • M. leprae:
    • Direkter Kontakt mit Läsionen
    • Tröpfcheninfektion
  • MAC-Übertragung:
    • Tröpfcheninfektion
    • Ingestition in den Gastrointestinaltrakt

Virulenz

  • Zellhülle:
    • Hauptbestandteil: Mykolsäure
    • Mykolsäure ist an Glykolipide gebunden.
    • Glykolipide sind für die mikroskopische „Strangbildung“ verantwortlich (entspricht grob gesehen der Granulombildung).
  • Katalase-Peroxidase: resistent gegen oxidative Reaktion der Wirtszelle
  • Sulfatide und Trehalose-Dimykolat: Auslöser der Toxizität
  • Lipoarabinomannan (LAM): induziert Zytokine

Risikofaktoren des Wirtes

  • Hohes Lebensalter
  • Kinder
  • Immunschwäche
  • Intravenöser Drogenkonsum
  • HIV HIV Retroviren: HIV oder andere Immundefekte
  • Aufenthalt in Hochrisikogebieten

Allgemeine mykobakterielle Pathophysiologie

  • Beim Menschen können Mykobakterieninfektionen mehrere Organe betreffen.
  • Die Bakterien dringen durch die Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und die Schleimhautbarrieren ein.
  • Am häufigsten sind Infektionen von Lunge Lunge Lunge: Anatomie und Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion.
  • Infektionen mit NTM treten am häufigsten bei immungeschwächten Wirten als opportunistische Infektionen auf.
  • Mykobakterien können ihre Wirte kolonisieren und latente Infektionen ohne offensichtliche klinische Symptome verursachen.

M. tuberculosis

Epidemiologie

  • MTBC-Bakterien verursachen Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose (TB).
  • TB ist eine aerogen übertragene Krankheit, die die Lungen und manchmal auch andere Organe befällt.
  • Verursacht weltweit 1,4 Millionen Todesfälle pro Jahr
  • 30 % der Weltbevölkerung sind infiziert.
  • 10 % der infizierten Personen entwickeln eine aktive Krankheit.
  • Führende Todesursache bei HIV-Patient*innen

Pathophysiologie

  • Zunächst Inhalation von Aerosolen
  • Ablagerung in der Lunge Lunge Lunge: Anatomie führt zu 3 möglichen Ergebnissen:
    • Beseitigung von Bakterien
    • Primäre aktive Krankheit:
      • Vermehrung von Bakterien in Alveolarmakrophagen
      • Von Makrophagen Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems produzierte Zytokine (IL-12 und Il-18) locken andere phagozytische Zellen an.
      • Es bildet sich ein Tuberkel (granulomatöse Struktur) (gefördert durch TNF-ɑ)
      • Tuberkel dehnt sich in das Lungenparenchym aus → Ghon-Komplex
      • Die Bakterien können sich auf die drainierenden Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem ausbreiten → Lymphadenopathie Lymphadenopathie Lymphadenopathie
      • Ghon-Komplex + Lymphadenopathie Lymphadenopathie Lymphadenopathie/Verkalkung → Ranke-Komplex
      • Wenn die Ausbreitung nicht durch Immunzellen kontrolliert wird, kann es zu einer Bakteriämie mit Aussaat in andere Organe kommen → Miliärtuberkulose
      • Patient*innen werden infektiös, wenn Bakterien in die Atemwege eindringen (verkäsende Granulome)
      • Die Infektion kann in ein chronisches Stadium übergehen, in dem es zu Heilungsschüben und anschließender Vernarbung der Läsionen kommt.
      • Eine spontane Limitation der Krankheit ist selten.
  • Latente Infektion (klinische (sekundäre) Erkrankung, kann viele Jahre später auftreten):
    • Lebenslanges Risiko einer Reaktivierung: In 5–10 %
    • Immunsuppression ist ein Faktor der Reaktivierung.

Klinik

  • Pulmonale Manifestationen in Verbindung mit systemischen Symptomen sind bei primärer und sekundärer TB am häufigsten.
  • Bildung von pulmonalen Granulomen (Knötchen) und Kavernen (auch an anderen Lokalisationen möglich)
  • Miliäre (disseminierte) Tuberkulose Tuberkulose Tuberkulose tritt in 15–20 % der Fälle auf (meist bei Kindern oder immungeschwächten Personen).
  • Gewichtsverlust
  • Husten
  • Nachtschweiß
  • Hämoptysen
    • Tabelle: Manifestationen einer MTBC-Infektion
      Primäre TB Sekundäre TB Extrapulmonale (miliäre) TB
      Präsentation Innerhalb von 2 Jahren nach der Infektion in 5–10 % der Fälle Reaktivierung der Infektion bei immungeschwächten Patient*innen Immungeschwächte Patient*innen
      Lokalisation
      • Mittellappen und Unterlappen
      • Subpleurale Nekrose
        Symptome Wiederauftreten der Symptome
        • Unspezifische Symptome
        • Vergrößerte Organe
        • Kutane Läsionen
        • Funktionsstörung mehrerer Organe
          GU: genitourinär
          ZNS: Zentrales Nervensystem
          TB: Tuberkulose

          Diagnostik:

          Sputum:

          • 3 Proben, mindestens eine am frühen Morgen gewonnen
          • Abstrich und Anfärbung mittels Ziehl-Neelsen-Färbung: säurefeste Stäbchen
          • Mykobakterielle Kultur
          • Nukleinsäure-Amplifikationstest

          Mykobakterienkulturen im Blut oder Urin: bei Patient*innen mit HIV HIV Retroviren: HIV oder Immunschwäche

          Tuberkulin-Hauttest (englisches Akronym: TST):

          • Intradermale Injektion von Tuberkulin-Antigen
          • Kann aktive oder latente Infektionen nachweisen
          • Messen der Verhärtungsfläche nach 48–72 Stunden; positiv, wenn:
            • > 5 mm bei Patient*innen mit HIV HIV Retroviren: HIV oder Immunsuppression oder kürzlich erfolgtem Kontakt zu einer Person mit TB
            • > 10 mm bei Patient*innen aus Hochrisikogebieten, IV-Drogenkonsumenten, medizinischem- und Laborpersonal
            • > 15 mm bei Patient*innen ohne bekannte Risikofaktoren für TB

          lnterferon-γ-Freisetzungstest (englisches Akronym: IGRA): kein Unterschied zwischen aktiver und inaktiver TB

          M. leprae

          Epidemiologie

          • Die Bakterien des M. leprae-Komplexes verursachen Lepra Lepra Lepra.
          • Höchste Inzidenz in Indien, Brasilien, Indonesien, Bangladesch und Nigeria
          • Risikofaktoren für eine Infektion:
            • Enger Kontakt mit Leprakranken
            • Kontakt zu Gürteltieren (natürliches Reservoir von M. leprae)
            • Hohes Lebensalter
            • Genetische Faktoren
            • Immunsuppression

          Pathophysiologie

          • Die Bakterien werden eingeatmet oder durch direkten Hautkontakt übertragen.
          • Die Bakterien werden von den Alveolarmakrophagen aufgenommen und über das Blut verbreitet.
          • M. leprae breitet sich auf die Nerven und die Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion aus, wo es sich (insbesondere in Schwann-Zellen) vermehrt.
          • Lepra Lepra Lepra kann in verschiedenen Formen auftreten und spiegelt das Spektrum der Immunreaktion des Wirtes wider.
          • Ridley-Jopling-Klassifikation von Lepra Lepra Lepra:
            • Tuberkuloid (TT)
            • Borderline-Tuberkuloid (BT)
            • Mittlerer Borderline-Typ (englisches Akronym: BB)
            • Borderline lepromatös (BL)
            • Lepromatös (LL)
            • Unbestimmt
          • Die tuberkuloiden und lepromatösen Formen bilden jeweils den Rand des Spektrums ab:
            • Tuberkulöse Lepra Lepra Lepra:
              • Gute zelluläre Immunantwort (TH1-Reaktion)
              • Verzögerte Hypersensitivität mit Interferon-γ und Makrophagenaktivierung
              • Betrifft Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion (lokalisiert) und periphere Nerven
            • Lepromatöse Lepra Lepra Lepra:
              • Minimale zelluläre Immunantwort
              • Humorale Reaktion (Antikörper) (aktiviert durch TH2-Zellen)
              • Ausgedehnte Hautbeteiligung
              • Die Nervenbeteiligung ist in der Regel symmetrisch
          Immunreaktion auf Lepra

          Immunreaktion auf Lepra

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

          Klinik

          • Hypopigmentierte oder rötliche Hautflecken in Verbindung mit Sensitivitätsverlusten
          • Parästhesien
          • Schmerzlose Wunden an den Extremitäten
          • Knoten im Gesicht oder am Ohr
          • Vergrößerte und empfindliche periphere Nerven
          • Augenverletzungen (Korneale Abrasionen/-Ulzerationen, Lagophthalmus)
          • Zu den Spätfolgen können Gesichtslähmungen, krallenförmige Finger, Fußbettsenkungen und das Fehlen von Wimpern und Augenbrauen gehören.
          • Immunologische Reaktionen (systemische Entzündungskomplikationen) können auftreten.
          Tabelle: Klinisches Spektrum der Lepra Lepra Lepra
          Tuberkulös Lepromatos
          Präsentation Immunkompetente Personen Immungeschwächte Personen
          Lokalisation Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und Nerven Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und Nerven
          Symptome
          • Frühe periphere Nervenschäden
          • Vollständiger sensorischer Verlust
          • Sichtbare Vergrößerung des Nervs
          • Autoamputation der Zehen oder Finger
          • Exanthem: wenige hypopigmentierte atrophische Plaques mit flachem Zentrum und erhabenem, abgegrenztem Rand
            • Späte diffuse Nervenschädigung, lückenhafter sensorischer Verlust
            • Keine Vergrößerung der Nerven
            • Ausschlag: viele Flecken, Papeln oder Knötchen mit Schäden an Nasenknorpel, Knochen, Hoden; Facies leontina („Löwengesicht”) t

              Diagnostik:

              Der Erreger wird durch eine Hautbiopsie nachgewiesen:

              • Histopathologische Untersuchung
              • PCR
              • Nicht in vitro kultivierbar

              M. avium-Komplex

              Epidemiologie

              • Am häufigsten aus der Umwelt (Wasserquellen) erworben
              • Keine dokumentierte Übertragung von Mensch zu Mensch
              • Betrifft häufig Menschen mit vorbestehenden Lungenerkrankungen und immungeschwächte Patient*innen ( AIDS AIDS HIV-Infektion und AIDS)

              Pathophysiologie

              • Tritt bei immunkompetenten Personen in der Regel als Lungeninfektion auf
              • Kann bei AIDS-Patient*innen als disseminierte Erkrankung oder als lokalisierte Lymphadenitis auftreten:
                • Das Risiko steigt, wenn die CD4-Zahl unter 50 fällt.
                • Die MAC-Infektion ist eine der AIDS-definierenden Krankheiten.
                • MAC-Bakterien dringen durch die Magen-Darm-Schleimhaut ein und werden von Makrophagen Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems in der Lamina propria phagozytiert.
                • Durch die Lymphdrainage werden Mykobakterien zu den Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem im Bauchraum transportiert, von wo aus sie in den Blutkreislauf gelangen können.
                • Ausbreitung kann an vielen Stellen erfolgen: Milz Milz Milz, Knochenmark Knochenmark Knochenmark: Zusammensetzung und Hämatopoese und Leber Leber Leber sind am häufigsten
                • Die meisten Anzeichen und Symptome sind auf die Ausschüttung von Zytokinen zurückzuführen.
                • Selten die direkte Todesursache, aber erhöhtes Risiko einer Superinfektion
                • Lokalisierte Lymphadenitis:
                  • In der Regel nach Beginn der antiretroviralen Therapie
                  • Ergebnisse des Immunrekonstitutionsentzündungssyndroms (englisches Akronym: IRIS)
              Abdominal-CT zum Nachweis einer MAC-Infektion

              MAC-Infektion: CT -Abdomen zeigt multiple abszedierte, intra-abdominelle Lymphknoten

              Bild: “Mycobacterium avium complex immune reconstitution inflammatory syndrome: long term outcomes” von Riddell J, Kaul DR, Karakousis PC, Gallant JE, Mitty J, Kazanjian PH. Lizenz: CC BY 2.0

              Klinik

              • Immunkompetente Patient*innen:
                • Häufig ältere Männer mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung:
                  • Husten, Fieber Fieber Fieber, Oberlappeninfiltrate/Kavernen
                  • Ähnlich wie TB, aber weniger schwerwiegend
                • Frauen > 50 Jahre ohne Vorgeschichte: stellt sich oft als Bronchiektasie dar
              • Menschen mit AIDS AIDS HIV-Infektion und AIDS:
                • Disseminierte Infektion:
                  • Fieber Fieber Fieber, Nachtschweiß
                  • Abdominelle Schmerzen
                  • Diarrhöe
                • Lymphadenitis:
                  • Lokalisierte Lymphknotenvergrößerung (abdominal, mediastinal, zervikal)
                  • Fieber Fieber Fieber

              Diagnostik:

              Quellen

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              2. Fordham von Reyn, C. (2020). Impfstoffe zur Prävention von Tuberkulose.
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              3. Griffith, D.E. (2020). Überblick über nichttuberkulöse Mykobakterieninfektionen.
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              5. Riley, L. W. (2019). Tuberkulose: Natürlicher Verlauf, Mikrobiologie und Pathogenese.
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              7. Smith, D. (2020). Lepra. E-Medizin. https://emedicine.medscape.com/article/220455-overview#a4 (Zugriff am 22.02.2021)
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              9. Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention. Tuberkulose (TB). https://www.cdc.gov/tb/default.htm. (Zugriff am 13.01.2021)
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