Krankheitserreger und Übertragungswege

Todesfälle durch Infektionskrankheiten in den USA

• Mortalitätsrate pro 100 000
• Die Grafik zeigt die Anzahl der Todesfälle durch Infektionskrankheiten in den USA von 1900 bis 1990.
• Es gab einen starken Anstieg der Mortalitätsrate in den 1910er Jahren, der mit der Influenza-Pandemie 1918/19 zusammenfällt.
• Die Mortalitätsrate sank im Laufe der Zeit, stieg aber in den 1990er Jahren wieder leicht an.

Definition von Infektionskrankheit

• Eine Infektionskrankheit ist eine Erkrankung, die durch das Eindringen und die Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Viren, Pilze oder Protozoen) im menschlichen Körper verursacht wird.
• Viele Infektionskrankheiten sind ansteckend.

Klassifizierung von Krankheiten nach Häufigkeit

• Endemie: Eine andauernd häufige Infektion in einer begrenzten Region oder Population.
• Epidemie: Auftreten einer Krankheit in ungewöhnlich großen Fallzahlen in einer örtlich begrenzten Population.
• Pandemie: Weltweite Epidemie.

Todesursachen im Jahr 2001

• Weltweit waren Infektionskrankheiten die häufigste Todesursache (ca. 35%).
• In Afrika 2002: 10,7 Millionen Todesfälle
• In Nord- und Südamerika 2002: 6,0 Millionen Todesfälle

Infektionskrankheiten in den USA

• In den USA sterben 3 von 10 Personen an Infektionskrankheiten.
• 25 % aller Arztbesuche sind auf Infektionskrankheiten zurückzuführen.
• Die Gesundheitskosten für Infektionskrankheiten in den USA betragen 120 Mrd. US-Dollar.
• Nosokomiale Infektionen (Krankenhausinfektionen) erreichen 2 Mio. mit 20 000 Todesfällen
• 9,5 Mia. US $ werden für nosokomiale Infektionen ausgegeben
• 4 Mia. US $ werden für die Behandlung resistenter Keime ausgegeben

Todesursachen weltweit

• Akute Luftwegsinfektionen (inkl. Influenza, Pneumonie): 3,5 Mio.
• HIV/AIDS: 2,3 Mio.
• Durchfall (Diarrhoe): 2,2 Mio.
• Tuberkulose: 1,5 Mio.
• Malaria: 1,1 Mio.
• Masern: 0,9 Mio.

Begriffe (Parasiten, Obligat/Fakultativ pathogene Keime)

• Parasiten: Organismen, die auf Kosten eines Wirts leben.
• Obligat pathogene Keime: Erreger, die bei fast jedem nicht-immunen Individuum Krankheitserreger sind.
• Fakultativ pathogene Keime: Erreger, die nur bei Abwehrschwäche zu Infektionen führen.

Weitere Begriffe (Lokale/Generalisierte Infektion, Sepsis, Infektionsdosis)

• Lokale Infektion: Infektion, die sich auf den Eintrittsstellen der Erreger beschränkt (z. B. Wundinfektion).
• Generalisierte Infektion: Erreger treten ins Gefäßsystem ein und befallen den gesamten Organismus (z. B. Typhus), kann zu Sepsis führen.
• Sepsis: Systemerkrankung durch Mikroorganismen, oft mit lokalen Herden, die in die Blutbahn gelangen und Organschäden verursachen, im schlimmsten Fall Multiorganversagen.
• Infektionsdosis: Minimaler Erreger-Anzahl für eine Infektion.

Nosokomiale Infektion

• Definition: Im Krankenhaus erworbene Infektion (Krankenhausinfektion).
• Häufige nosokomiale Infektionen: Harnwegsinfektion, postoperative Wundinfektion, Atemwegsinfektionen, Bakteriämien (Bakterien im Blut) und Sepsis.

Verteilung der Erreger von nosokomialen Infektionen (Tabelle)

• Die Tabelle listet die 162 Erreger innerhalb der 124 nosokomialen Infektionen auf.
• Eschericia coli ist der häufigste Erreger (19%).

Pathogenitätsstrategien (Adhärenz, Invasion, Spreading etc.)

• Adhärenz: Anhaftung der Erreger an Zellen.
• Invasion: Einwanderung der Erreger in oder in die Zellen
• Spreading: Verbreitung der Krankheit durch Ausbreitung der Erreger.
• Transcytosis: Transport durch Zellen.
• Transmigration: Überquerung von Zellen.

Pathogenitätsstrategien (Habitat, Verlauf)

• Habitat: intrazellulär, fakultativ intra- oder extrazellulär
• Verlauf: akut ("Hit-and-Run") ,chronisch-persisten

Koch'sche Postulate

• I. Optischer Nachweis (Beobachtung unter dem Mikroskop)
• II. Kultureller Nachweis (Kultivierung des Erregers)
• III. Pathogenitätsnachweis (Verursachung von Krankheitssymptomen im Tiermodell)
• IV. Mikroorganismen müssen aus infizierten Organismen erneut kultivierbar sein.

Streptococcus

• Kettenbildende Kokken
• Gram-positiv
• Beta-hämolysierend (auflösen der Erythrozyten in Blutagarplatten)
• Beispiele: Scharlach, Mittelohrentzündung

Bacillus anthracis (Milzbrand)

• Gram-positive Stäbchen
• Sporenbildend (Endosporen erhöhen die Aeroselbständigkeit)
• Milzbranderreger
• Charakteristische, nichthämolytische Kolonien auf Blutagar.

Bacillus anthracis (Infektionen & Symptome)

• Lungenerkrankungen, Darmerkrankungen, Hautkrankheiten
• Symptome: Schnupfen, hohes Fieber, Schocks, blutige Durchfälle, Geschwüre.
• Sterblichkeitsrate liegt zwischen 5-20%

Seuchen und ihre Erreger (Liste)

• Eine Liste von Seuchen mit ihren Erregern und Entdeckungsdaten.

Neue Pathogene (Liste)

• Eine Liste neuer Krankheitserreger mit Entdeckungsjahren.

Bovine Meat and Milk Factors (BMMF)

• Unbekannte Erreger in Kuhmilch und Rindfleisch.
• Einzelsträngige, ringförmige DNA-Elemente mit Ähnlichkeiten zu Acinetobacter baumannii und Gemycircular Virus.
• Neue Klasse von Erregern mit Charakteristika von Viren und Bakterien.

Übertragungswege (horizontal, vertikal)

• Horizontale Übertragung: Kontakt mit Händen, Sexualkontakte, Aerogen (Tröpfchen), Aerosol.
• Vertikale Übertragung: Pränatal/Perinatal (über die Plazenta)

Pathogenität (Stumme/Manfeste Infektion, Inkubation, usw.)

• Stumme / manifeste Infektion: (ohne/mit Symptomen)
• Inkubationszeit: Zeit zwischen der Infektion und dem Auftreten der Symptome.
• Infektionsdosis: Anzahl der Erreger für eine Infektion.
• Lokalinfektion / Allgemeininfektion: Lokale Auswirkung auf den Körper (an der Eintrittspforte) oder verbreitete Erkrankung.
• Endogene / exogene Infektion: Ausgang von Infektion (im Körper oder von Außen).
• Nosokomiale Infektion: Krankenhausinfektion

Begriffe (Stumme/Endogene/Exogene Infektion)

• Stumme Infektion: Infektion ohne klinische Symptome.
• Endogene Infektion: Infektion, die von kolonisierenden Mikroorganismen im Körper ausgeht.
• Exogene Infektion: Infektion, die von außen eindringenden Mikroorganismen hervorgerufen wird.

Begriffe (Pathogenität, Virulenz)

• Pathogenität: Fähigkeit eines Erregers Krankheiten hervorzurufen.
• Virulenz: Grad der Pathogenität einer Erregerart auf eine Population.

Eintrittspforten

• Kleinste Wunden der Haut oder Schleimhaut
• Insektenstiche
• Eindringen durch intakte Schleimhaut
• Aktives Eindringen durch intakte Haut
• Transplazentar

Mikrobielle Virulenz

• Die Grafik zeigt die Prozentzahl der getöteten Mäuse bei unterschiedlicher Anzahl injizierter Bakterien (Streptococcus pneumoniae, Salmonella typhimurium) - je weniger Zellen nötig sind, um ein Tier zu töten, desto größer die Virulenz.

Pathogenitätsfaktor/Virulenzfaktor

• Moleküle (Enzyme, Toxine), die kausal für die Krankheit wichtig sind
• Pathogenitätsfaktoren sind qualitativ wichtig und bestimmen ob es eine Erkrankung hervorruft.
• Virulenzfaktoren sind quantitativ wichtig und beeinflussen den Krankheitsschweregrad.

Virulenz- und Pathogenitätsfaktoren (Kodierung durch)

• Plasmide
• Transposons
• Chromosom
• Phagen

Übertragung von Eigenschaften zwischen Bakterien

• Beispiel: Antibiotikaresistenz

Pathogenitätsfaktoren von E. coli

• Enterotoxine
• Eisenaufnahmesysteme
• Fimbrien
• Adhäsione
• Cytotoxine
• Kapsel, K-Antigene
• O-Antigene
• Geißel (H-Antigene)

Pathogenitätsfaktoren (Zell/Gewebe-Schaden und Verbreitung)

• Fitnessfaktoren: Wachstum und Habitatanpassung
• Siderophore: Fe3+ Aufnahme
• Adhäsionsfaktoren: Zell-Zell-Adhäsion, Gewebe-Zelle-Adhäsion
• Invasion: Invasion in/durch Zellen/Gewebe
• Exotoxine/Aggressine: Enzyme, Zellzerstörung, Gewebe-Schaden
• Endotoxine: Komplementresistenz, Schock
• Kapseln: Phagozytoseresistenz
• Immobilin: Vermeidung der Immunantwort
• Moduline: Modulation der Immunantwort

Escherichia coli

• 1919 von Theodor Escherich entdeckt
• Gram-negativ, stäbchenförmig
• Peritriche Begeißelung
• Über 100 Serotypen
• Wichtiger Teil der Darmflora
• Infektionen können endogen im Darm entstehen
• Obligat pathogene Erreger werden fäkal-oral übertragen.

Escherichia coli - intestinale Infektionen (EPEC, EAggEC, ETEC, EIEC, EHEC)

• EPEC: Epitheladhärenz, Enterotoxine, Säuglingsenteritis.
• EAggEC: Fimbrien, Enterotoxine, Diarrhoe.
• ETEC: Toxine, Cholera-ähnliche Diarrhoe.
• EIEC: Zellinvasion, Ruhr-ähnliche Erkrankung.
• EHEC: Adhärenz, Zytotoxinen, hämorrhagische Kolitis, HUS.

EHEC im Jahr 2011 (Anzahl der Fälle) - Grafik

• Die Grafik zeigt die Anzahl der EHEC- und HUS-Fälle im Jahr 2011.
• Die Daten sind in einem Histogramm dargestellt, das den Erkrankungsbeginn in Tagen nach dem Durchfall anzeigt.

Escherichia coli (K-12, Pathogene, etc.)

• K-12 ist ein typischer Darmbewohner.
• Kann septisch werden.
• Unterscheidung zwischen pathogenen und nicht-pathogenen E. coli. Pathogene E. coli verursachen intestinale und extraintestinale Infektionen

Das Pathogenitätspotential steckt im Genotyp

• E. coli K12, EPEC, EHEC, EAgEC, ETEC, EIEC
• Horizontaler Gentransfer und Akkumulation von „fremder DNA“ (z.B. Virulenzplasmide, Pathogenitätsinseln) bestimmen Erreger-Eigenschaften.
• Identische Genabschnitte zwischen Salmonella und anderen Erregern (z.B. EHEC, EHEC).

Pathogenitätsinseln (Tabelle mit Beispielen)

• Tabelle mit verschiedenen Pathogenitätsinseln, ihren Größen (kb) und kodierten Funktionen.
• Beispiele für verschiedene Organismen (z.B. UPEC, EPEC, EHEC).

Aufbau von Pathogenitätsinseln

• Tragen Virulenzgene und fehlen in nicht-pathogenen Stämmen.
• Große genomische DNA Fragmente (10-200 kb).
• G+C Gehalt und „Codon Usage“ differieren vom Restgenom.
• Oft flankiert von Wiederholungssequenzen und oft an tRNA-Genen inseriert.
• Recht instabil.

Die Komponenten der Infektionsabwehr (angeborene, unspezifische/erworbene, spezifische Abwehr)

• Angeborene Abwehr: Physikalische Barrieren (Haut, Mukosa), Zelluläre Abwehr (Granulozyten, Makrophagen, NK-Zellen), Chemische Barrieren (pH, Lipide, Enzyme, Komplementfaktoren, Interleukin).
• Erworbene Abwehr: Zelluläre Abwehr (Lymphozyten - T-, B-Zellen), Humorale Abwehr (Antikörper).

Abwehrstrategien (Natürliche Barrieren, physikalische etc.)

• Haut: Trocken, verhornt, saurer pH, Fettsäuren, Normalflora.
• Schleimhaut: Schleim auf Epithelzellen, Normalflora.
• Respirationstrakt: Gerichtete Ziliarbewegung, Flimmerepithel.
• Magen: Salzsäure.
• Darm: Peristaltik, Normalflora.
• Harntrakt: Harnstrom.

Pathogene des Verdauungsweges des Menschen (Liste von Bakterien)

• Eine Liste häufiger bakterieller Erreger des oberen und unteren Verdauungstraktes mit Erregernamen.

Pathogene der Atemwege des Menschen (Liste von Erregern)

• Staphylococcus aureus, Neisseria meningitidis, Streptococcus pyogenes usw. - Hier die verschiedenen beteiligten Regionen und Erreger.

Adhärenz (Mechanismen der Anhaftung)

• Selektiv, Schlüssel-Schloss-Prinzip (Adhäsin/Rezeptor).

Antigenpräsentierende Zellen (Makrophage usw.)

• Makrophagen und Monozyten: Phagozytose von Bakterien. Kleine Fragmente (Antigene) bleiben übrig. Diese werden an der Zelloberfläche präsentiert.
• MHC-Moleküle präsentieren die Antigene.
• Die Zellen transportieren diese Antigene in die Lymphknoten.

Adaptive Immunsystem

• Zwei Teilsysteme: Humorale und zellulare Immunantwort.
• Adaptiv, d.h. können neue Erreger spezifisch erkennen und beantworten.
• Aufbau der adaptiven Antwort dauert länger als die angeborene Immunantwort.

Zellen der erworbenen Immunantwort (Plasmazellen, B-Zellen, T-Zellen usw.)

• B-Zellen: Speziell auf Antigene reagierend (Bildung von Antikörpern)
• T-Helferzellen: Steuern und regulieren die Immunantwort.
• T-Suppressorzellen: Hemmen übermäßige Immunreaktionen.
• T-Gedächtniszellen: Speichern Antigen-Informationen.
• T-Killerzellen: Bekämpfen infizierte Zellen oder Krebszellen.
• Plasmazellen: Produzieren Antikörper.
• B-Gedächtniszellen: Speichern Antigen-Informationen und können schnell reagieren bei erneuter Infektion.

Antigen-Antikörper-Komplex

• Antikörper sind Proteine, die von weißen Blutzellen bei der Reaktion auf Antigene gebildet werden.
• Antigene sind Stoffe, an die Antikörper und Rezeptoren binden können.

Was passiert in einer Schnittwunde?

• Verletzung: Bakterien dringen ein.
• Unspezifische Abwehr: Defensine (Haut), Lysozym (Gewebe), Plasmaproteine (Komplementsystem) bekämpfen die Erreger.
• Phagozytose: Fresszellen (Neutrophile Granulozyten, Makrophagen, Monozyten) nehmen Bakterien auf und zerstören sie mit Enzymen.
• Zytokine: Makrophagen/Monozyten locken weitere Immunzellen mit Zytokinen an.
• Antigenpräsentation: Makrophagen präsentieren Antigene auf der Zelloberfläche.
• Lymphoknoten: Fresszellen werden in Lymphknoten transportiert und präsentieren dort Antigene.
• T-Zellen: T-Helferzellen aktivieren B-Zellen.
• B-Zellen: Wandern in die Blutbahn und bilden Plasmazellen.
• Antikörper: Produktion, Abwehr.

Zusätzliche Fragen (Immunologie)

• Fragen zur Struktur und Funktion des Immunsystems. (Nicht auf die Inhalte an dieser Stelle konkret bezogene Fragen).

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