Infektionskrankheiten Infektion, Pathogenität, Virulenz, Biofilm

Dr. Bela Kocsis kocsis.bela@med.semmelweis-univ.hu

Homepage: mikrobiologia.sote.hu

2014.09.15.

Semmelweis Universität Institute für Medizinische Mikrobiologie

Gast – Wirt Beziehungen

Gast = Mikroorganismus Bakterien, Pilzen, Viren usw.

Wirt = Makroorganismus Mensch

http://healthdisorders.blogspot.hu/2010/11/purpose-of-11-human-body-system.html

Bakterien Virus

Plasmodium bei Mücke – Malaria Erreger Pilz

Helminthen

Typische Formen des Zusammenlebens

Symbiose = Mikroorganismus ist Symbiont.

Wirt und Symbiont sind einander nützlich

Kommensalismus = Mikroorganismus ist Kommensale, lebt in enger Verbindung mit dem Wirt, ohne ihn zuschädigen

Symbionten und Kommensalen besiedeln Haut und Schleimhäute: Normal Flora = Standortflora

Kolonisation: kein Eindringen ins Gewebe

Symbionten und Kommensalen I.

Haut Bakterielle Normalflora

Koagulase negative Staphylokokken Stapylococcus epidermidis Staphylococcus capitis Staphylococcus saprophyticus Propionibacterium Corynebacterium Bacteroides

Hemmen die Pathogen Adhaesion

Symbionten und Kommensalen II.

Dickdarm Bakterielle Normalflore: 1012 Bakterien

Bakteroides, Bifidobakterium, Enterobacteriaceae (E. coli), Enterokokken usw.

Vitamin Bildung B12, K-vitamin, Thyamin, Riboflavin,

CO2 Bildung für Peristaltika und Verdauung

Zellulose Spaltung

Detoxifizierung von Xenobiotika

Immunmodulator

Hemmen die Pathogen Adhaesion

Darm Bakterielle Normalflora

Symbionten und Kommensalen III.

Mundhöle und Rachen Normalflora Orale Streptokokken / Vergrünende Streptokokken

Streptococcus mutans

Streptococcus mitis

Streptoccus sanguis

Streptococcus salivarius

Neisseria sicca,

Nesseria pharyngitidis

Corynebacterium jeikenum

Corynebacterium striatum

Candida (Pilz)

Hemmen die Pathogen Adhaesion

Symbionten und Kommensalen IV.

Vagina Normalflora (Döderlein flora)

Lactobacillus acidophilikus säures pH Wert

Hemmen die Pathogen Adhaesion

Laktobazillen

Epithelzell

Parasitismus = Mikroorganismus schädigt den Wirt

Pathogenen vermehren sich im Gewebe mit Virulenzfaktoren

Pathogenität: bedeutet die Fähigkeit einer Keimart bei bestimmten Wirtspezies Krankheit auszulösen. Spezieseigenschaft-Genetischfixierte Eigenschaft

Virulenz ist die Grad der Pathogenität Stammeseigenschaft (Eigenschafteiner Population)

Extremhohen Virulenz Virulenzverlust (Avirulenz)

Virulenz ist messbar

Dosis letalis = DL50 = Keimzahl, die 50% der Versuchstiere tötet

zB.: 102: vollvirulent Shigella

zB.: 105: schwachvirulent Salmonella

Pathogenität-Virulenz

Fakultative pathogene Erreger

Opportunistische pathogene Erreger

Obligate pathogene Erreger

Fakultative pathogene Erreger

Mitglied der physiologischen Kolonisationsflora-

Infektionsbegünstigende Faktoren müssen vorliegen

zB: E. coli gehört zu Darm Normalflora kolonosiern an der Harnwegen und führt zum Infektion

Beispiele für Infektionsbegünstigende Faktoren

Grundleiden

Diabetesmellitus

Alkoholismus

Harnwegsobstruktionen

Ärztliche diagnostische und Therapeutische Eingriffe Operationen (Zahnärtzliche Eingriffe) Haut-und Schleimhautdefekte

Dauerkatheter

Fakultative pathogene Erreger

Diabetes Fuß Im Geschwür Mischinfektion (anaerob und aerob Bakterien)

Mundhöle Normalflora Bakterien Bakteraemia durch Operation führt zum Endokarditis lenta

Durch Kanül dringen die Haut die Normalflora Bakterien

Opportunistische pathogene Erreger

Opportunistische pathogene hervorrufen Infektionen nur in Immundefiziente /Immunschwäche Patienten

zB: Pseudomonas in Beatmungsystem Pneumonia

Zytomegalo Virus Infektion in Transplantation

Pseudomonas und Acinetobacter Infektion in Verbrennungskrankheit

Verbrennungskrankheit Beatmungsystem Pneumonia

Beispiele für Infektionsbegünstigende Faktoren

Immundefekte Angeborenes Fehlen (Stammzellen, T-und B-System, Phagozytosefunktion, Komplementsystem) Erworbene Immunmangelzustände Unterernährung, Krankheitendes Lymphoidsystems, Radiotherapie, radioaktive Bestrahlung, Medikamenten: Zytostatica, Kortikosteroide Transplantation HIV Infektion AIDS Patienten Physiologische Immunmangelzustände Neugeborene, Alte, Schwangere

Obligat pathogene Erreger

Obligat pathogene Erreger-Gehören nicht zur Normalflora

Können unabhängig von der Abwehrlagedes Wirtes eine Infektion hervorrufen-

• Eliminierung!

• Nosokomial Stamme ! multiresistente

Eigenschaften von Mikroorganismenals Erregervon Infektionskrankheiten

Adhäsionsvermögen (Haftung an Zellen)

Penetrationsvermögen (Eindringen in Zellen, Bindegewebe)

Invasionsvermögen/ Invasivität

(Vermehrung und Ausbreitung)-Antiphagozytären Mechanismen

Schädlichkeit Toxinbildungsvermögen-Zell-und Gewebsschädigung-Indirekte Schädigungen

Virulenzfaktoren

Biofilm Bildung, Dental plaque

obligatorische Zellstrukturen zusätzliche Zellstrukturen

Geißel

Zytoplasma

Zirkular und superhelikal DNA

Zytoplasma Membrane

Strukturen der Bakterien

30s und 50s Ribosomen Untereinheiten

Virulenzfaktoren bei Bakterien

NICHT TOXISCHE

Substanzen auf der Oberfläche

extrazelluläre Enzymen

TOXISCHE

Bakterielle Toxinen

Exotoxine

Endotoxin = LPS= lipopolysaccharide

Substanzen an der Oberfläche

Geißeln Fimbrien

Glycocalyx Kapseln

Protein A und Protein M

Fibrin-, Fibrinogen-, Fibronektin-Kollagen-, Elastin-, Laminin-, Lektin bindende Proteine

Adhäsion/Adherenz

Antiphagozytose

MIMIKRI

Geißel und Fimbriae

Geißel: Eiweiß chemische Struktur, für Bewegung zB: Harnwegsinfektion Erregern

Fimbria: Eiweiß chemische Struktur für Adhaesion zB: Neisseria gonorrhoeae

monotrich begeißelt : Vibrio cholerae

lophotrich begeißelt : Pseudomonas aeruginosa

peritrich begeißelt : Proteus vulgaris

Kapsel

Polysaccharide chemische Strukture

Antiphagozytär Schützt gegen die Fagozyten

Adhesion Bindung an die Organe

zB: alle Meningitis Erregern haben Kapsel

Antigen: K- Antigen

Ausnahemen :

Bacillus anthracis : D-glutaminsäure (Polypeptide)

Streptococcus pyogenes: Hyaluronsäure (Bindegewebe!)

Extrazelluläre Enzyme

Hyaluronidase

Kollagenase

Streptokinase (Fibrinolysin)

Koagulase

Protease

Hämolysin

Leukozidin

Invasivität

Antiphagozytose

Bakterielle Toxine - Exotoxinen

Membranschädigende

Extrazellulärwirkende

Intrazellulärwirkende

AB Toxine

Superantigene

Zytokin Überproduktion

Membranschädigende Exotoxin

Clostridium perfringens

Membranschädigende Exotoxin

Staphylococcus aureus

Intrazellulärwirkende – AB Exotoxine

Protein Synthese hemmende Toxinen

Corynebakterium diphtheriae

Intrazellulärwirkende – AB Exotoxine

Vibrio cholerae

Neurotoxinen

Superantigen

Superantigen wirkt durch stimulierung derT Helper Zellen unabhängig von Antigenspezifität stark Zytokin produktion von TNF-β, IFN-γ, IL-2 führt zum Shocksyndrome

Staphylococcus aureus Keime bildene TSST toxin

Zytotoxinen

Staphylococcus aures Keime bildene Hemolizin und Leukocidin Leukozidin zerstört die Leukozyten

Streptococcus pneumoniae Keime bildene Hemolizin

Alfa-haemolyse: grünlich teilweise Hemolizis Hemolizin der Bakterien baut Hemoglobin bis verdoglobin ab.

Beta-haemolyse: durch sichtig, vollstandig Hemolizis Hemolizin der Bakterien völlig baut Hemoglobin ab.

Endotoxin

Endotoxic Shock

Rezeptor für LPS Moleküle is Toll-Like Rezeptor 4 (TLR-4)

Dosis letalis minima= DLM

• Die geringste Toxinmenge, die nach parenteraler Injektione in Versuchstier von Bestimmten Gewicht nach festgesetzter Zeit tötet.

z.B. Tetanustoxin

DLM = 1 ng/kg (Mäuse)

Infektion

Eindringen und Vermehren die Mikroorganismen (Gast) in Macroorganismus (Wirt)

Erreger Wirtorganismus Keimzahl Virulenz

Abwehrreaktionen (spezifisch und nicht spezifisch)

Infektion

1. Eindringen 2. Ansiedlung und Vermehrung 3. Ausbreitung 4. Verlaufsformen 5. Ausscheidung

Infektion - Eindringen

1. Eindringen der Mikroorganismus in den Wirtsorganismus (aus einer Infektionsquelle, durch ein Übertragungsweg) Adherenz und Penetration! Eintrittspforte: Haut durch Verletzungen mit Hilfe von Arthropoden Schleimhäute durch Verletzungen / Operation Atemweg durch Tröpfcheninfektion Direkt Kontakt oder Lebensmittel Intoxikation

Infektion - Vermehrung

2. Ansiedlung und Vermehrung in der Nähe der Eintrittspforte

Lokalisierte Infektionen

z.B. Warzen, Dermatomykose

Infektion - Ausbreitung

3. Ausbreitung– entfernt von Eintrittspforte Generalisierte Infektion (Lymphogeneund/oder Hämatogene Ausbreitung)

Erysipel bei Streptococcus pyogenes

Haut Anthrax bei Bacillus anthracis

Gasbrand bei Clostridium perfringens

Infektion – Ausbreitung

Bakteraemia

Viraemia

Parasitaemia

Fungaemia

Toxaemia

Erregern befinden sich im Blutgefäße (Kreislauf)

Erreger Nachweis aus dem Blut

SEPSIS = Infektion + SIRS (SIRS = Systemic Inflammatory Response Syndrome)

Infektion - Ausbreitung

Sepsis = Infektion + SIRS

SIRS = Systemic Inflammatory Response Syndrome

1. Körpertemperatur: >38oC oder < 36oC

2. Tachykardia: > 90/min

3. Tachypnoe: > 20/min oder Pa CO2= 4.3kPa

4. Leukozyta Zahl: > 12x109/Liter oder < 4x109/Liter oder 10% der Zellen in Bandform

Schwere Sepsis= Hypoperfusion der Organe und Hypotensio

Infektion - Verlaufsformen

4)

A) Symptomlos:

a) Subklinische= stumme= inapparente Infektion

(Erreger wird schnell eliminiert)

b) Latente Infektion zB: Herpes Virus Infektion

B) Manifeste Infektionskrankheit

(akute, chronische) (Erreger persistiert)

Inkubationszeit:symptomfreie Zeit zwischen Infektion und dem klinischen Ausbruchder Krankheit

zB: Hepatitis B Infektion

Heilung GESUND –TOD

Infektion - Ausscheidung

5. Ausscheidung der Mikroorganismen

Sekreten Exkreten

Ausscheider – Inkubationsausscheider

-Dauerausscheider

(Symptomlose!)

Ansteckende(kontagiöse) Infektionen

(Ausscheidung, Übertragung)

Nicht ansteckende Infektionen–keine Übertragung

Infektionsquelle EXOGENE

Kranke

Infizierte

Ausscheider

Unbelebten Substanzen, Gegenstände, Trinkwasser, Lebensmittel

ENDOGENE Normalflora (Mund-, Darm-, Haut-, Vaginalflora) KommensaleKeime

ERREGERRESERVOIR

in welchen sich der Erreger dauernd aufhält (Menschen, Tiere, Erdboden)

Übertragungweg

Berührung– Kontakt Infektion

Direkt

Indirekt (Kontaminierte Gegenstände)

Übertragungweg

Mit Hilfe eines Transportmittels

Kontaminiertes Wasser, Nahrungsmittel

Alimentär/oral Infektion. Schmierinfektion

Kolera Salmonella

Übertragungweg

Luftströmung – Husten, Niesen, Sprechen

AerogenInfektion, Tröpfcheninfektion

Inlfuenza, Streptococcus pnuemonaie, Tuberkulose

Übertragungweg

Durch Vektoren –blutsaugende Insekten und Milben

z.B. Läuse, Flöhe, Fliegen, Mücken, Zecke

Arthropode –Wirt–Arthropode

(direkt perkutaneÜbertragung)

Malaria, Leishmania, Trypanosoma

Übertragungweg

Diaplazentare Übertragung– konnataleInfektion

Diaplazentare: Syphilis, HBV, HCV,

Konnatale: Neisseria gonorrhoeae, Streptococcus agalactiae

Übertragungweg

STD = Geschlechtskrankheiten

Bakterielle Infektionen

Treponema pallidusm ssp. Pallidum Syphilis

Neisseria gonorrhoeae

Haemophylus ducrey

Viren: HIV, HBV, HCV

Protozoen: Trichomonas vaginalis

Übertragungweg

iatrogene, nosokomiale Infektion von Blut, Plasma, Gebrauch unzureichend sterilizierte Instrumente, Katheter, Kanül Injektionsbestecke

Multiresistente Keime MRSA HCV, CMV

Infektabwehr

Nicht spezifische Faktoren 1. Mechanische

Peristaltika

Harnstrom

2. Humorale

Komplementsystem Effektor

3. Zelluläre

Fagozyten,

Makrofagen Effektor

NK Zellen

Normalflora Bakterien

Spezifische Faktoren Humorale: Antikörper IgM, IgG, IgE, IgA Zelluläre Zytotoxische T Lymfozyten Effektor

Nicht spezifische Faktoren

Eliminierung der Krankheiterreger Bakterium

Humorale:

Infektabwehr–Antikörper, Komplementsystem, Phagozyten

Lysis

Phagozytose

Toxin Neutralisation

Zelluläre Infektabwehr–Fakultativintrazelluläre z.B. Mykobakterium

Abtötung durch aktivierte Makrophagen (IFNγ, Zytokine)

Eliminierung der Krankheiterreger Protozooen

Humorale Infektabwehr–Antikörper, Komplementsystem, Phagozyten

Lysis

Phagozytose

Neutralisation (Hemmungvon Adsorption)

Zelluläre Infektabwehr–Fakultativintrazelluläre z.B. Toxoplasma

• Abtötung durch aktivierte Makrophagen (IFNγ, Zytokine)

Eliminierung der Krankheiterreger Helminthen

Beschädigung der Helminthen durch ADCC

ADCC = Antikörper Dependente Zell Zytotoxizität

Eliminierung der Krankheiterreger Virus

1. Virion

Keine Hülle+ AK Phagozytose

Hülle + AK Lysis

2. Virusinfizierte Zellen

+ AK + Komplement Lysis

+ AK + Komplement Phagocytose

+ AK + NK-Zelle ADCC

Strategien der Erregern gegen spezifische Infektabwehr

1. Molekuläre Mimikry

S. pyogenes – Hialuronsäure Kapsel

S. aureus – Protein A, „Fibrinmantel” und Koagulase Enzym

2. Immunsuppression

S. pyogenes, P. aeruginosa,

B. pertussis, Morbilli, HIV

3. Antigenvariation

Borrelia, Influenzavirus,

Trypanosoma

Strategien der Erregern gegen spezifische Infektabwehr

Staphylococcus aureus

Immunglobulin mit Fc Teil Bindung zu dem Protein A

Koagulase Enzym –gerinnt Blut um der Zellen

Mimikry

Immunantwort

Antigen Eliminierung

Konsequenzene

Vorteilhaft

Immunität: Natürliches Erworbene

Schädlich

Überempfindlichkeit Reaktionen Typ 1., 2., 3., 4.

Immunantwort- Erworbene Immunität

Passiv Immunität Aktiv Immunität

IgG durch Plazenta IgA durch Muttermilch Künstliche: Passive Immunisierung

Memorie Zell Bildung Schutzimpfungen Künstliche: Aktive Immunisierung

Ziel: Therapy oder Profilaxe

Mit Antikörper Immunserum der Tiren Immunglobulinen der Menschen Schnell und kurze Wirkung, kein Memorie zB: Antitoxine

Mit Inaktivierte Impstoffe, abgetötete Mikroorganismen: Vibrio cholerae Mit subzellulare Fragmente Kapsel Polysaccharide: Haemophilus influenzae b Toxoid – inaktive Exotoxin: Di-Te Lebend Impstoff - attenuierte Mikroorganismen BCG- gegen Mykobakterium tuberkulose Langsam und langere Wirkung

Überempfindlichkeit Reaktion Typ 1

Allergie, Sofort Typ

Lokale Reacktion auf der Haut und Schleimhaut Generalisation: Anaphylaxie und Shock

Allergene: Tierserum, Tierhaar Pollene, Staub, Penicillin Lebensmittel Metall, Heu Bakterien, Parasiten, Pilzen

IgE Immunglobuline und Eosinophile Granulozyten

Allergie

Überempfindlichkeit Reaktion Typ 2

1: Rh Imkompatibilität

2: akutes rheumatisches Fieber Antikörper gegen Streptpcoccus pyogenes M Protein Kreutzreagieren mit Sarkolemma Proteinenführt zum Endokarditis

Überempfindlichkeit Reaktion Typ 3

Antigen + Antikörper Immunkomplex Komplement Aktivierung Entzündung

Akut Glomerulonephritis in rheumatisches Fieber

Überempfindlichkeit Reaktion Typ 4

Spät Typ, Zellvermittelt Überempfindlichkeit Reaktion

Tuberkulose Granulome Bildung durch T- lymphozyten und Makrophagen

Diagnostische Haut Test: zB: Mantoux testÜberprüfung der BCG Schutzimpfung Lepromin Test: Nachweis der Lepra

Danke für Ihre Aufmerksamkeit !