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Faktoren, die die mikrobielle Invasion erleichtern

Von

Larry M. Bush

, MD, FACP, Charles E. Schmidt College of Medicine, Florida Atlantic University

Inhalt zuletzt geändert Okt 2018
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Eine mikrobische Invasion kann durch Folgendes erleichtert werden:

  • Virulenzfaktoren

  • Mikrobielle Adhärenz

  • Antibiotikaresistenzen

  • Defekte in den Abwehrmechanismen des Wirts

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, H. influenzae, Proteus mirabilis, Clostridium -Arten, Streptococcus pneumoniae) bilden IgA-spezifische Proteasen, die sekretorisches IgA auf Schleimhautoberflächen spalten und inaktivieren.

Toxine

Organismen können Toxine freisetzen (Exotoxine genannt) – Proteinmoleküle, die die Ursache einer Krankheit darstellen können (z. B. Diphtherie, Cholera, Tetanus, Botulismus) oder den Schweregrad der Erkrankung erhöhen. 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 von gramnegativen Bakterien gebildetes Lipopolysaccharid und Bestandteil der Zellwand. 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

  • 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.

Die Widerstandsfähigkeit gegen die lytischen Wirkungen des Serumkomplements ist ebenfalls ein Virulenzfaktor. Serumresistente N. gonorrhoeae-Stämme führen häufig über den lokalen Infekt hinaus zu einer disseminierten Infektion.

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 nicht-spezifische Aktivierung von unmäßigen Zahlen von naiven T-Zellen verursachen und damit eine übermäßige und potenziell zerstörerische Entzündung, vermittelt durch massive Freisetzung von entzündungsfördernden Zytokinen.

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. Enterobakterien 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. Ein Biofilm entwickelt sich um Pseudomonas aeruginosa in der Lunge von Patienten mit Mukoviszidose und um Koagulase-negative Staphylokokken auf synthetischen medizinischen Produkten, wie z. B. intravenösen Kathetern, Gefäßprothesen und chirurgischem 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 Gebrauch antimikrobieller Arzneimittel führt durch Selektion letztlich zum Überleben der Stämme, die in der Lage sind, sich ihnen zu widersetzen.

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. Diese Elemente sind auf den Plasmiden oder Transposonen verschlüsselt und ermöglichen es den Mikroorganismen, Enzyme zu synthetisieren, die

  • das antimikrobielle Mittel verändern oder ausschalten

  • die die Fähigkeit der Bakterienzelle verändern, das antimikrobielle Mittel zu akkumulieren

  • die der Hemmung durch das antimikrobielle Mittel widerstehen

Die Minimierung des unangemessenen Einsatzes von Antibiotika beim Menschen und in der Tierhaltung ist für die öffentliche Gesundheit wichtig.

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, das toxisch für das Immunsystem ist.

Mechanismen

Mangel an Immunantworten kann beinhalten

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 sp) und ein erhöhtes Risiko von Autoimmunerkrankungen (z. B. systemischem Lupus erythematodes).

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