Bacillus anthracis

Bacillus anthracis
Bacillus anthracis
Systematik
Abteilung: Firmicutes Klasse: Bacilli Ordnung: Bacillales Familie: Bacillaceae Gattung: Bacillus Art: Bacillus anthracis
Wissenschaftlicher Name
Bacillus anthracis
Cohn 1872

Sporen von Bacillus anthracis

Bacillus anthracis ist der Erreger des Milzbrandes. Das Bakterium gehört in die Gruppe der grampositiven Bakterien und bildet dort gemeinsam mit anderen Bakterien u.a der Gattungen Bacillus (Aerobier) und Clostridium (Anaerobier) die Bacillaceae.

Morphologie

Ketten von Bacillus anthracis (hier orange) werden von einem neutrophilen Granulozyten (gelb) aufgenommen (REM-Aufnahme, der weiße Strich ist 5 µm lang)

Das Milzbrandbakterium ist ein relativ großes (1–6 Mikrometer), obligat aerobes, unbewegliches Stäbchenbakterium, welches vor allem durch Endosporen übertragen wird. Die Sporen selbst bilden sich in der leicht verjüngten Mitte des Stäbchens, die Bakterien schließen sich typischerweise zu Ketten oder Fäden zusammen, die als bambusartig imponieren. In vivo (im Körper) bildet das Bakterium eine Kapsel aus Polyglutamyl aus, die es vor Phagozytose durch das Mononukleäre Phagozytierende System (MPS) schützt. In der Kultur auf Blutagar fehlt diese Kapsel meist.

Bacillus anthracis besitzt mit 83 % einen hohen Anteil verzweigter Fettsäureketten.^[1]

Übertragung

Die Bakterien überdauern in Sporenform auch jahrzehntelang im Boden. Werden sie von pflanzenfressenden Säugetieren, etwa Rindern, Schafen und Schweinen beim Fressen aufgenommen, beginnen sie sich im Tier zu vermehren, töten das Tier und vermehren sich im Kadaver weiter, um, wenn die Vermehrungssituation ungünstig wird, schließlich wieder ins Sporenstadium überzugehen. Daher dürfen an Milzbrand verendete Tiere nicht vergraben werden, sondern müssen verbrannt werden. Die Sporen können auch im Fell oder auf der Haut der Tiere lange überleben. Epidemien der Krankheit stehen dabei häufig in direktem Zusammenhang mit der Tierhaltung oder der Verarbeitung von Tierprodukten. Kürschner, Gerber, Melker und Tierärzte sind besonders gefährdete Berufsgruppen. Eine Übertragung von Mensch zu Mensch kommt in der Regel nicht vor.

Pathogenese

Die pathogenen Eigenschaften des Bakteriums lassen sich auf zwei Plasmide zurückführen. Das Erste (pXO1) codiert für Toxine und das Zweite (pX02) ist für die Kapselbildung verantwortlich. Durch das Fehlen eines der Plasmide reguliert sich der Krankheitsverlauf.

B. anthracis produziert neben der Kapsel (s.o.) ein äußerst potentes Toxin, das aus drei Komponenten besteht:

• Die B-Untereinheit wird auch als protektives Antigen bezeichnet, da immunisierte Tiere gegen diese Untereinheit wirksame Antikörper bilden. Sie bindet an die Oberfläche von Körperzellen. Eine körpereigene Protease spaltet nun einen Teil dieser B-Untereinheit ab, woraufhin die verbleibenden 63 kDa großen Teile sich zu Heptameren zusammenlagern.
• Die A-Untereinheit ist variabel. Sie kann ein Ödem-Faktor (EF, edema factor) oder ein Letalitäts-Faktor (LF) sein. Beide Faktoren binden an den Heptamer aus B-Untereinheiten und initiieren die Endozytose. Der niedrige pH-Wert im Endosom führt zu einer Konformationsänderung des Toxins. Dies bildet eine Pore, durch die die A-Untereinheit in das Zytosol gelangen kann.
  • Der EF übernimmt nun die Funktion einer Adenylatcyclase und bildet cAMP aus ATP. Die erhöhten cAMP Spiegel vermitteln einen Efflux von Wasser aus der Zelle und führen daher zum Ödem.
  • Der LF spaltet spezifisch das NH2-terminale Ende der Mitogen aktivierten Proteinkinase-Kinasen (MAPKK = MEKs) ab, die dadurch nicht mehr an ihre Substrate binden können und somit nun reduzierte Kinaseaktivität haben. Dies führt zu starken Veränderungen in den zellulären Signalwegen (z.B. auch im Zellzyklus) und so letztlich zum Tod der Zelle. Sichtbares Zeichen dafür sind die nekrotischen Läsionen des Milzbrandes.

Klinik

• Lungenmilzbrand: nach Einatmung sporenhaltiger Stäube oder Aerosole entsteht binnen weniger Tage eine Bronchopneumonie mit hohem Fieber, blutigem Husten und Hypoxie. Nach 2 - 3 Tagen letal.
• Hautmilzbrand: nach direktem Kontakt der Haut mit erregerhaltigem Material entsteht eine Papel und im Weiteren ein Ulcus mit schwarzem Schorf.
• Darmmilzbrand: entsteht durch Verzehr von ungegartem Fleisch infizierter Tiere (sehr selten).
• Milzbrandsepsis: meist letale Komplikation der verschiedenen klinischen Erscheinungsbilder des Milzbrandes bei Disseminierung über die Blutbahn.

Therapie

Sofortiger Therapiebeginn bei Verdacht (auch prophylaktische Therapie aller potenziell Exponierten) mit Ciprofloxacin oder Doxycyclin.

Geschichte

Entdeckt wurde Bacillus anthracis im Jahre 1849 von Aloys Pollender. Nachdem Ferdinand Julius Cohn 1874 nur vermuten konnte, Bakterien würden Milzbrand auslösen, gelang es Robert Koch bereits zwei Jahre später, den Erreger erstmalig in Kultur zu vermehren und dessen Rolle bei der Entstehung der Krankheit nachzuweisen. 1881 schließlich entwickelte Louis Pasteur einen ersten Impfstoff gegen die Seuche, den er mit Erfolg in einem Großversuch an Schafen testete.^[2] Im Jahr 2002 wurde das Genom des Bakterium vollständig entschlüsselt (siehe Sequenzierte Organismen).

Seit Ende der 90er Jahre häufen sich Presseberichte über einen möglichen Einsatz von Milzbrandsporen als biologische Waffe im Rahmen des internationalen Terrorismus. Angeblich starben in den USA 2001 während einer Anschlagsserie mehrere Menschen infolge Kontaktes mit in Briefen verschickten Milzbrandsporen. Für eine Ansteckung bedarf es allerdings einer recht großen Menge von Sporen und eine Erkrankung lässt sich zumeist erfolgreich durch Gabe von Penicillin therapieren. Als potentiell ernstzunehmende Bedrohung wird die – wie bei allen Krankheitserregern – theoretisch vorhandene Möglichkeit, den Erreger gentechnisch zu modifizieren und dadurch eventuell gefährlicher zu machen, diskutiert.

Einzelnachweise

1. ↑ T. Kaneda: Iso- and anteiso-fatty acids in bacteria: biosynthesis, function, and taxonomic significance. In: Microbiol. Rev. 55(2); June 1991: S. 288-302 PMID 1886522 (freier Volltextzugang)
2. ↑ Andrea Naica-Loebell (2001): Milzbrand und die Angst.

Literatur

• Spencer RC: Bacillus anthracis. J Clin Pathol. 2003 Mar;56(3):182-7. Review. PMID 12610093

Weblinks

 Commons: Bacillus anthracis – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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