Bordetellen

Keuchhusten ist eine akute Infektionskrankheit, die vorwiegend Kinder befällt und durch einen zyklischen Verlauf und paroxysmalen, krampfartigen Husten gekennzeichnet ist.

Der Erreger Bordetella pertussis wurde erstmals 1900 in Ausstrichen aus dem Sputum eines Kindes entdeckt und 1906 von J. Bordet und O. Gengou in Reinkultur isoliert. Der Erreger einer keuchhustenähnlichen, aber milderen Erkrankung, Bordetella parapertussis, wurde 1937 von G. Eldering und P. Kendrick sowie 1937 unabhängig davon von W. Bradford und B. Slavin isoliert und untersucht. Bordetella bronchiseptica, der Erreger einer seltenen keuchhustenähnlichen Erkrankung beim Menschen, wurde 1911 von N. Ferry bei Hunden und 1926 von Brown beim Menschen isoliert. 1984 wurde eine neue Art, Bordetella avium, isoliert; ihre Pathogenität für den Menschen ist noch nicht geklärt.

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Morphologie von Bordetella

Bordetella gehören zur Klasse der Betaproteobakterien, sind gramnegativ und lassen sich mit allen Anilinfarbstoffen gut anfärben. Manchmal zeigt sich aufgrund von Volutinkörnern an den Zellpolen eine bipolare Färbung. Der Erreger des Keuchhustens hat die Form eines eiförmigen Stäbchens (Coccobacterium) mit den Abmessungen 0,2–0,5 x 1,0–1,2 μm. Parakoklyushnaya-Bazillus hat die gleiche Form, ist aber etwas größer (0,6 x 2 μm). Sie kommen normalerweise einzeln vor, können aber auch paarweise auftreten. Sie bilden keine Sporen; in jungen Kulturen und in aus einem Makroorganismus isolierten Bakterien findet sich eine Kapsel. Bordetella sind unbeweglich, mit Ausnahme von B. bronchiseptica, einem peritrichen Bakterium. Der G + C-Gehalt in der DNA beträgt 61–70 Mol-%. Sie gehören zu den hämophilen Bakterien.

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Biochemische Eigenschaften von Bordetella

Bordetella sind strikte Aerobier, Chemoorganotrophe. Die optimale Wachstumstemperatur beträgt 35–36 °C. Der Erreger des Keuchhustens in der glatten S-Form (der sogenannten Phase I) wächst im Gegensatz zu den beiden anderen Bordetella-Arten nicht auf MPB und MPA, da seine Vermehrung durch die Ansammlung ungesättigter Fettsäuren im während des Wachstums gebildeten Medium sowie durch kolloidalen Schwefel und andere während des Wachstums gebildete Stoffwechselprodukte behindert wird. Um diese zu neutralisieren (oder zu adsorbieren), müssen dem Medium für das Wachstum von Keuchhustenbakterien Stärke, Albumin und Aktivkohle oder Ionenaustauscherharze zugesetzt werden. Die Mikrobe benötigt im Wachstumsmedium 3 Aminosäuren – Prolin, Cystein und Glutaminsäure, deren Quelle Casein oder Bohnenhydrolysate sind. Das traditionelle Medium zum Züchten des Keuchhustenbazillus ist das Bordet-Gengou-Medium (Kartoffel-Glycerin-Agar mit Blutzusatz), auf dem er in Form von glatten, glänzenden, durchsichtigen, kuppelförmigen Kolonien mit einem perlmutt- oder metallischen Quecksilberton und einem Durchmesser von etwa 1 mm wächst, die am 3.-4. Tag wachsen. Auf einem anderen Medium – Casein-Kohle-Agar (CCA) – wachsen ebenfalls am 3.-4. Tag glatte, konvexe Kolonien mit einem Durchmesser von etwa 1 mm, einer graucremefarbenen Farbe und einer zähflüssigen Konsistenz. Kolonien von Parapertussis-Bakterien unterscheiden sich im Aussehen nicht von Pertussis, sind jedoch größer und werden am 2.-3. Tag nachgewiesen, und Kolonien von B. bronchiseptica werden bereits am 1.-2. Tag nachgewiesen.

Ein charakteristisches Merkmal von Keuchhustenbakterien ist ihre Tendenz, ihre kulturellen und serologischen Eigenschaften schnell zu ändern, wenn sich die Zusammensetzung des Nährmediums, die Temperatur und andere Wachstumsbedingungen ändern. Beim Übergang von der S-Form (Phase I) zur stabilen, rauen R-Form (Phase IV) über die Zwischenphasen II und III werden sanfte Veränderungen der antigenen Eigenschaften beobachtet; pathogene Eigenschaften gehen verloren.

Parapertussis-Bakterien und B. bronchiseptica sowie Pertussis-Bakterien der Phasen II, III und IV wachsen auf MPA und MPB. Bei Wachstum auf flüssigem Medium zeigt sich eine diffuse Trübung mit dichtem Bodensatz; die Zellen können etwas größer und polymorph sein und bilden manchmal Fäden. In der R-Form und den Zwischenformen weisen Bakterien einen ausgeprägten Polymorphismus auf.

Auf dem Bordet-Gengou-Medium bilden alle Bordetella eine leicht begrenzte Hämolysezone um die Kolonien und breiten sich diffus im Medium aus.

Bordetella fermentiert keine Kohlenhydrate, bildet kein Indol und reduziert Nitrate nicht zu Nitriten (mit Ausnahme von B. bronchiseptica). Parapertussis-Bakterien sezernieren Tyrosinase und bilden ein Pigment, das das Medium und die Kultur braun färbt.

Bordetellen enthalten mehrere Antigenkomplexe. Das somatische O-Antigen ist speziesspezifisch; das generische Antigen ist Agglutinogen 7. Die wichtigsten Agglutinogene im Keuchhusten-Erreger sind das 7. (generisch), 1. (speziesspezifisch) und die am häufigsten nachgewiesenen typspezifischen 2. und 3. Serovarianten. Je nach Kombination werden bei Bordetella pertussis vier Serovarianten unterschieden: 1,2,3; 1,2.0; 1,0,3 und 1.0.0.

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Pathogenitätsfaktoren von Bordetella

Fimbrien (Agglutinogene), das äußere Membranprotein Pertactin (69 kDa) und filamentöses Hämagglutinin (Oberflächenprotein) sind für die Adhäsion des Erregers am Flimmerepithel der mittleren Atemwege (Trachea, Bronchien) verantwortlich. Die Kapsel schützt vor Phagozytose. Hyaluronidase, Lecithinase, Plasmakoagulase und Adenylatcyclase sind häufig vorhanden. Endotoxin (LPS) enthält zwei Lipide: A und X. Die biologische Aktivität von LPS wird durch Lipid X bestimmt; Lipid A ist wenig pyrogen und nicht toxisch. LPS wirkt immunogen (Ganzzellimpfstoff), verursacht aber Sensibilisierung. Es gibt drei Exotoxine. Pertussis-Toxin (117 kDa) ähnelt in Struktur und Funktion Choleragen, zeigt ADP-Ribosyltransferase-Aktivität (ribosiliert Transducin, ein Zielzellmembranprotein, das Teil des Systems ist, das die zelluläre Adenylatcyclase hemmt), ist ein starkes Immunogen, steigert Lymphozytose und Insulinproduktion. Tracheales Cytotoxin ist ein Fragment des Peptidglykans, ist pyrogen, arthritogen, induziert Tiefschlaf und stimuliert die Produktion von IL-1, wodurch Stickstoffmonoxid (zytotoxischer Faktor) synthetisiert wird. Es schädigt Trachealepithelzellen und verursacht Ziliostase. Das hitzelabile Dermonecrotoxin ist neurotrop, hat vasokonstriktive Aktivität und ist homolog zum zytotoxischen nekrotisierenden Faktor 1 (CNF1) von Escherichia coli. Sein Angriffspunkt sind Rho-Proteine der Zellmembranen. Dermonecrotoxin wird durch einen Intradermaltest an Kaninchen (Dold-Test) nachgewiesen.

Immunität

Nach der Erkrankung bildet sich eine stabile lebenslange Immunität; nach der Impfung hält die Immunität nur 3–5 Jahre an.

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Epidemiologie des Keuchhustens

Die Infektionsquelle bei Keuchhusten und Parapertussis ist ein Patient mit einer typischen oder latenten Form, insbesondere in der Zeit vor dem Auftreten von Krampfhusten. Bei der durch B. bronchiseptica verursachten keuchhustenähnlichen Erkrankung können Haus- und Wildtiere die Infektionsquelle sein, unter denen manchmal Tierseuchen beobachtet werden (Schweine, Kaninchen, Hunde, Katzen, Ratten, Meerschweinchen, Affen), und am häufigsten sind die Atemwege betroffen. Der Infektionsmechanismus erfolgt über die Luft. Bordetellen haben einen spezifischen Tropismus für das Ziliarepithel der Atemwege des Wirtes. Menschen jeden Alters sind anfällig für Infektionen, am anfälligsten sind jedoch Kinder im Alter von 1 bis 10 Jahren.

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Symptome von Keuchhusten

Die Inkubationszeit für Keuchhusten beträgt 3 bis 14 Tage, häufiger 5-8 Tage. Der Erreger, der in die Schleimhaut der oberen Atemwege eingedrungen ist, vermehrt sich in den Zellen des Flimmerepithels und breitet sich dann bronchogen in die unteren Abschnitte (Bronchiolen, Alveolen, kleine Bronchien) aus. Unter der Einwirkung des Exotoxins wird das Epithel der Schleimhaut nekrotisch, wodurch die Hustenrezeptoren gereizt werden und im Hustenzentrum der Medulla oblongata ein konstanter Signalfluss entsteht, in dem sich ein anhaltender Erregungsherd bildet. Dies führt zum Auftreten von krampfartigen Hustenanfällen. Keuchhusten geht nicht mit einer Bakteriämie einher. Eine sekundäre Bakterienflora kann zu Komplikationen führen.

Im Krankheitsverlauf werden folgende Stadien unterschieden:

• katarrhalische Periode, die etwa 2 Wochen dauert und von trockenem Husten begleitet wird; der Zustand des Patienten verschlechtert sich allmählich;
• krampfartige (spasmodische) oder spasmodische Periode, die bis zu 4–6 Wochen anhält und durch Anfälle von unkontrollierbarem „bellendem“ Husten gekennzeichnet ist, der bis zu 20–30 Mal am Tag auftritt, und Anfälle können sogar durch unspezifische Reize (Licht, Geräusche, Gerüche, medizinische Manipulationen, Untersuchungen usw.) hervorgerufen werden;
• die Auflösungsphase, in der Hustenanfälle seltener und kürzer werden, nekrotische Bereiche der Schleimhaut der oberen Atemwege abgestoßen werden, oft in Form von „Abdrücken“ aus der Luftröhre und den Bronchien; Dauer - 2-4 Wochen.

Labordiagnostik von Keuchhusten

Die wichtigsten Diagnosemethoden sind bakteriologische und serologische; zur beschleunigten Diagnostik, insbesondere in einem frühen Stadium der Erkrankung, kann die Immunfluoreszenzreaktion eingesetzt werden. Zur Isolierung einer Reinkultur wird Schleim aus dem Nasopharynx oder Sputum als Material verwendet, der auf AUC- oder Bordet-Gengou-Medium ausgesät wird. Die Aussaat kann auch mit der „Hustenplatten“-Methode erfolgen. Die gewachsene Kultur wird durch eine Kombination kultureller, biochemischer und antigener Eigenschaften identifiziert. Serologische Reaktionen – Agglutination, Komplementfixierung, passive Hämagglutination – werden hauptsächlich zur retrospektiven Diagnostik von Keuchhusten oder in Fällen eingesetzt, in denen keine Reinkultur isoliert wurde. Antikörper gegen den Erreger treten frühestens in der 3. Krankheitswoche auf, die Diagnose wird durch einen Anstieg des Antikörpertiters in Seren bestätigt, die im Abstand von 1-2 Wochen entnommen werden. Bei Kindern der ersten beiden Lebensjahre sind serologische Reaktionen oft negativ.

Behandlung von Keuchhusten

Zur Behandlung werden Antibiotika (Gentamicin, Ampicillin) eingesetzt, die in der katarrhalischen Phase der Erkrankung wirksam, in der Krampfphase jedoch nutzlos sind.

Spezifische Vorbeugung von Keuchhusten

Zur routinemäßigen Vorbeugung der Krankheit werden Kinder gegen Keuchhusten geimpft. Dabei wird der adsorbierte Pertussis-Diphtherie-Tetanus-Impfstoff (DPT) verwendet, der 20 Milliarden abgetötete Pertussisbakterien in 1 ml enthält. Der separat hergestellte abgetötete Pertussis-Impfstoff, der in Kindergruppen nach epidemiologischen Indikationen eingesetzt wird, basiert auf derselben Komponente. Diese Komponente ist reaktogen (neurotoxische Eigenschaften), daher werden azelluläre Impfstoffe mit 2 bis 5 Komponenten (Pertussis-Toxoid, filamentöses Hämagglutinin, Pertactin und 2 Fimbrienagglutinogene) derzeit intensiv erforscht.