Eine mikrobische Invasion kann durch Folgendes erleichtert werden:
Virulenzfaktoren
Virulenzfaktoren unterstützen pathogene Mikroorganismen bei der Invasion und Neutralisierung von Abwehrmechanismen des Wirts. Diese Faktoren beinhalten
Kapseln
Enzyme
Toxine
Kapseln
Einige Organismen (z. B. bestimmte Stämme von Pneumokokken, Meningokokken, Haemophilus influenzae) besitzen eine Kapsel, die Phagozytose blockiert und diese Organismen somit virulenter als nichtverkapselte Stämme macht Jedoch können Kapsel-spezifische opsonisierende Antikörper an die bakterielle Kapsel anbinden und eine Phagozytose erleichtern.
Enzyme
Bakterielle Proteine mit enzymatischer Aktivität (z. B. Protease, Hyaluronidase, Neuraminidase, Elastase, Kollagenase) erleichtern die lokale Ausbreitung im Gewebe. Invasive Mikroorganismen (z. B. Shigella flexneri, Yersinia enterocolitica) können intakte eukaryonte Zellen penetrieren und sie durchqueren, was ihnen das Eindringen über Schleimhautoberflächen erleichtert.
Manche Bakterien (z. B. Neisseria gonorrhoeae, N. meningitidis, H. influenzae, Proteus mirabilis, Clostridium -Arten, Streptococcus pneumoniae) bilden IgA-spezifische Proteasen, die sekretorisches IgA auf Schleimhautoberflächen spalten und inaktivieren.
Toxine
Organismen können Toxine (so genannte Exotoxine) freisetzen, bei denen es sich um Proteinmoleküle handelt, die Krankheiten verursachen (z. B. Diphtherie, Cholera, Tetanus, Botulismus, Clostridium difficile - Enterokolitis) oder den Schweregrad der Krankheit erhöhen können. Die meisten Toxine binden an spezifische Rezeptoren der Zielzellen. Mit Ausnahme von präformierten Toxinen, die für einige Lebensmittelvergiftungen verantwortlich sind (z. B. Botulismus, Lebensmittelvergiftung durch Staphylokokken oder Bacillus cereus), werden Toxine von Mikroorganismen während des Verlaufs einer lokalen oder systemischen Infektion gebildet.
Endotoxin ist ein Lipopolysaccharid, das von gramnegativen Bakterien produziert wird und Teil der äußeren Membran dieser Organismen ist. Endotoxin triggert humorale enzymatische Mechanismen, die Auswirkungen auf das Komplementsystem, die Blutgerinnung, die Fibrinolyse und die Aktivierung von Kinin haben und für einen erheblichen Anteil der Morbidität der gramnegativen bakteriellen Sepsis verantwortlich sind.
Andere Faktoren
Manche Mikroorganismen sind virulenter, weil sie Folgendes tun:
Beeinträchtigte Antikörper-Produktion
Zerstören schützende Antikörper
Widerstehen den lytischen Wirkungen des Serumkomplements
Entgehen den oxidativen Prozessen bei der Phagozytose.
Produzieren Superantigene
Viele Mikroorganismen verfügen über Mechanismen, die die Antikörperproduktion beeinträchtigen können, z. B. durch Anregung von Suppressorzellen, Blockierung der Antigenprozessierung und Inhibition der Lymphozytenmitogenese.
Viele Schleimhautpathogene, einschließlich Neisseria gonorrhoeae, N. meningitidis, S. pneumoniae und H. pneumoniae, produzieren Proteasen, die Immunglobulin A (IgA) spalten. IgA ist die vorherrschende Immunglobulinklasse, die an Schleimhautoberflächen produziert wird.
Die Widerstandsfähigkeit gegen die lytischen Wirkungen des Serumkomplements ist ebenfalls ein Virulenzfaktor.
Einige Organismen können oxidativen Prozessen bei der Phagozytose entgehen. Beispielsweise wird der oxidative Schritt bei Legionella und Listeria entweder nicht ausgelöst oder aktiv unterdrückt, während andere Mikroorganismen Enzyme (z. B. Katalase, Glutathionreduktase, Superoxiddismutase) produzieren, die die Wirkung der oxidativen Substanzen unterdrücken.
Einige Viren und Bakterien produzieren Superantigene, die das Immunsystem umgehen, eine unspezifische Aktivierung einer übermäßigen Anzahl naiver T-Zellen bewirken und somit eine übermäßige und potenziell zerstörerische Entzündung hervorrufen, die durch eine massive Freisetzung proinflammatorischer Zytokine vermittelt wird (z. B. Staphylokokken- und Streptokokken-toxisches Schocksyndrom).
Mikrobielle Adhärenz
Die Adhärenz von Mikroorganismen an Oberflächen erleichtert es ihnen, eine Basis zu errichten, von der aus sie ins Gewebe eindringen können. Entscheidend für die Adhärenz sind Faktoren wie Adhäsine (mikrobielle Moleküle, die das Anheften an eine Zelle ermöglichen) sowie wirtsseitige Rezeptoren, an die die Adhäsine binden. Zu den Rezeptoren des Wirtes gehören Zuckerreste der Zelloberfläche und Zelloberflächenproteine (z. B. Fibronektin), welche die Bindung bestimmter grampositiver Bakterien (z. B. Staphylokokken) steigern.
Weitere Adhärenzfaktoren sind zarte Strukturen auf bestimmten Bakterienzellen (z. B. Streptokokken), die Fibrillen genannt werden und mit denen einige Bakterienarten an humane Epithelzellen binden. Andere Bakterien, z. B. Enterobacterales wie Escherichia coli, verfügen über spezifische adhäsive Organellen, die Fimbrien oder Pili genannt werden. Fimbrien befähigen Mikroorganismen, sich an fast alle menschlichen Zellen anzuheften, einschließlich neutrophiler Granulozyten und epithelialer Zellen der Harnwege, der Mundhöhle und des Dünndarms.
Biofilm
Ein Biofilm ist eine Schleimschicht, die sich um bestimmte Bakterien herum bilden kann und einen Schutzfaktor gegenüber Phagozytose und Antibiotika darstellt. Es entwickelt sich um Pseudomonas aeruginosa in der Lunge von Patienten mit zystischer Fibrose und um Staphylokokken-Bakterienspezies auf synthetischen medizinischen Geräten, wie z. B. Infusionskathetern, prothetischen Gefäßtransplantaten, orthopädischen Fixiervorrichtungen und Gelenkprothesen sowie Nahtmaterial.
Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Biofilm auf solchen medizinischen Produkten entwickelt, wird beeinflusst durch die Rauheit des Materials, die chemische Zusammensetzung sowie wasserabweisende Materialeigenschaften.
Antimikrobielle Resistenz
Mikroorganismen weisen eine außerordentliche genetische Variabilität auf. Der Einsatz von antimikrobiellen Medikamenten führt zunehmend dazu, dass Stämme überleben, die in der Lage sind, ihnen zu widerstehen.
Entstehung von Resistenz gegen antimikrobielle Mittel kann auf eine spontane Mutation chromosomaler Gene zurückzuführen sein. In vielen Fällen haben resistente Bakterienstämme mobile genetische Elemente von anderen Mikroorganismen erworben, in der Regel von der gleichen Spezies, manchmal aber auch von anderen. Diese Elemente sind auf den Plasmiden oder Transposonen verschlüsselt und ermöglichen es den Mikroorganismen, Enzyme zu synthetisieren, die
das antimikrobielle Mittel verändern oder ausschalten
Veränderung der Fähigkeit des antimikrobiellen Wirkstoffs, sich in der Bakterienzelle anzureichern
Resistenz gegen die Hemmung durch den antimikrobiellen Wirkstoff (z. B. ist die Veränderung der Zielorte von Antibiotika ein häufiger Mechanismus der Resistenz)
Die Minimierung des unangemessenen Einsatzes von Antibiotika beim Menschen und in der Tierhaltung und Pflanzenbau ist für die öffentliche Gesundheit wichtig (1).
Zur weiteren Diskussion, siehe Antibiotikaresistenz.
Hinweis
1. Lessa FC, Sievert DM. Antibiotic Resistance: A Global Problem and the Need to Do More. Clin Infect Dis. 2023;77(Suppl 1):S1-S3. doi:10.1093/cid/ciad226
Defekte in den Abwehrmechanismen des Wirts
Zwei Arten von Immunschwächezuständen beeinflussen die Fähigkeit des Wirts, Infektionen zu bekämpfen:
Primäre Immunschwächen sind genetischen Ursprungs; > 100 primäre Immunschwächezustände wurden beschrieben. Die meisten primären Immunschwächen werden im Säuglingsalter erkannt, aber bis zu 40% zuerst in der Adoleszenz oder im Erwachsenenalter.
Erworbene Immunschwächen werden durch andere Erkrankungen (z. B Krebs, HIV-Infektionen, chronische Erkrankung) verursacht oder durch Einwirkung einer Chemikalie oder eines Medikaments, die bzw. das schädlich für das Immunsystem ist.
Mechanismen
Mangel an Immunantworten kann beinhalten
Zelluläre Immunität
Humorale Immunität
Phagozytensystems
Zelluläre Mängel sind in der Regel T-Zell-oder kombinierten Immundefekten. T-Zellen tragen zur Vernichtung von intrazellulären Organismen bei; somit können bei Patienten mit T-Zell-Defekten opportunistische Infektionen wie Pneumocystis jirovecii oder Kryptokokkeninfektionen auftreten. Eine Chronifizierung dieser Infektionen kann zu Gedeihstörung, chronischer Diarrhö und anhaltender oraler Candidiasis führen.
Humorale Mängel werden typischerweise dadurch verursacht, dass B-Zellen nicht zu funktionsfähigen Immunglobuline werden Patienten mit dieser Art von Mangel haben in der Regel Infektionen mit verkapselten Organismen (z. B. H. influenzae, S. pneumoniae). Bei diesen Patienten können geringes Wachstum, Diarrhö und rezidivierenden sinopulmonale Infektionen auftreten.
Ein Defekt des Phagozytensystems beeinflusst die sofortige Immunantwort gegenüber einer bakteriellen Infektion und kann zur Ausbildung wiederkehrender Abszesse oder schwerer Lungenentzündung führen.
Primäre Komplementsystem Mänge l sind besonders selten. Patienten mit dieser Art von Defekt kann mit rezidivierenden Infektionen mit pyogenen Bakterien präsentieren (z. B. eingekapselten Bakterien, Neisseria spp) und ein erhöhtes Risiko von Autoimmunerkrankungen (z. B. systemischem Lupus erythematodes).
