Miasma
Miasma (Neutrum; von altgriechisch μίασμα míasma, deutsch ‚Besudelung,
Verunreinigung‘) bedeutet so viel wie „übler Dunst, Verunreinigung, Befleckung, Ansteckung“
und bezeichnete vor allem eine „krankheitsverursachende Materie, die durch faulige
Prozesse in Luft und Wasser entsteht“. Altes epidemiologisches Paradigma zur Erklärung
der Seuchenentstehung. Noch im 19. Jahrhundert schrieben Mediziner und Forscher
mangels Wissens über Bakterien und Viren Seuchen wie Cholera schlicht übergreifend
üblen Gerüchen zu, die über „Miasmen“ verbreitet würden.
Lepra
Die Bezeichnung Lepra wurde im Deutschen erst im 18./19. Jahrhundert gebräuchlich und
ist dem griechisch-lateinischen Wort lépra entlehnt. Dieses ist vom griechischen Adjektiv
leprós abgeleitet, das „schuppig, rau“ bedeutet. Das zugehörige griechische Verb lépein
bedeutet „[ab]schälen“.
Der ursprüngliche deutsche Name der Krankheit ist Aussatz. Die von der Lepra befallenen
Kranken mussten außerhalb menschlicher Siedlungen leben – sie waren (von der
Gesellschaft) ausgesetzt und somit von der Gesellschaft ihrer Mitmenschen weitgehend
ausgeschlossen) bzw. ausgesondert. Jedoch ist die Bedeutungsgleichheit von Aussatz und
Lepra erst im 13. Jahrhundert entstanden.
Im Mittelalter wurde Lepra auch Lazarus-Krankheit genannt.
Sporulation
Die Sporulation beschreibt den Prozess der Sporenbildung bei Mikroorganismen wie
Bakterien und Pilzen.
sporenbildende Bakterien, allgemein übliche Benennung der Bakterien, die Endosporen als
Überdauerungsform ausbilden (endosporenbildende Stäbchen und Kokken).
Einige Gram-positive Bakterien bilden als Reaktion auf einen Hungerzustand Endosporen
(Sporulation).
Ein Mangel an Guaninnukleotiden im Zytoplasma löst dabei eine inäquale (ungleiche)
Zweiteilung des Protoplasten innerhalb der Zellwand und einen anschließenden
Endocytose-ähnlichen Prozess aus, der die Spore bildet. Im Gegensatz zu den meisten
anderen Sporen handelt es sich bei Endosporen überwiegend nicht um
Vermehrungsformen, da jede Zelle in der Regel nur eine Endospore bildet und bei deren
Freisetzung zugrunde geht; nur in seltenen Fällen (beispielsweise Anaerobacter
polyendosporus) werden mehrere (bis sieben) Endosporen gebildet.
Endospore
Als Endospore bezeichnet man eine Überdauerungsform, die innerhalb eines Organismus
bzw. einer Zelle gebildet wird. Sporen, die dagegen außerhalb des Organismus gebildet
werden, werden als Exosporen bezeichnet.
Wichtige Charakteristika der Bakterien-Endosporen sind zum einen ihre hohe Resistenz
gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen und zum anderen ihre metabolische Inaktivität
(Dormanz). Ein Stoffwechsel lässt sich nicht nachweisen (Kryptobiose). Sie weisen eine
hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Kälte, Austrocknung, verschiedene Arten von
Strahlung, chemische Agentien, Lysozym und extreme pH-Werte auf. Die Resistenzen
beruhen auf den verschiedenen morphologischen Besonderheiten der Spore: der
mehrschichtigen Hülle (protein coat und peptidoglycan cortex), der sehr dichten und wenig
durchlässigen inneren Sporenmembran und dem geringen Wassergehalt im Sporenkern.
Die DNA der Endosporen wird durch SASPs (small acid soluble [spore] proteins) geschützt.
Undurchlässigkeit der Sporenhülle für radiochemische Produkte und Bindung freier Radikale
durch schwefelhaltige Bestandteile verleihen ihnen Resistenz gegen ionisierende Strahlung.
Bakterien-Endosporen enthalten Calciumdipicolinat, ein charakteristischer Stoff, der bei
vegetativen Zellen nicht vorkommt.
Bakterien-Endosporen als Ruhestadien können lange Zeit überdauern; so wurden
lebensfähige Sporen im Magen einer in Bernstein konservierten Biene gefunden, welche
über 25 Millionen Jahre alt sind. Allerdings wird diskutiert, ob das untersuchte Material mit
rezenten Endosporen verunreinigt war. Fest steht jedoch, dass Endosporen sehr lange Zeit
überdauern können.
Bakterien-Endosporen sind im Phasenkontrast-Mikroskop als stark lichtbrechende, helle
Strukturen erkennbar. Wegen der Undurchlässigkeit der Hüllen für sehr viele Stoffe, die
ihnen Resistenz gegen diese Stoffe verleiht, nehmen sie bei üblichen Färbeverfahren keinen
Farbstoff auf, sie können aber durch ein spezielles Färbeverfahren (Endosporenfärbung)
angefärbt werden.
Aus Endosporen können unter bestimmten Milieubedingungen wieder aktive („vegetative“)
Entwicklungsstadien der Bakterien hervorgehen. Aus einer Endospore entwickelt sich dabei
ein einzelliges Bakterium.
Scharlach
Scharlach wird durch Bakterien, und zwar Streptokokken der Lancefield-Gruppe A ausgelöst
(v. a. Streptococcus pyogenes). Die Ansteckung erfolgt meist durch Tröpfchen- und
Kontaktinfektion über Mund und Rachen. Auch über offene Wunden kann der Erreger
übertragen werden (Wundscharlach). Viele Gesunde tragen unbemerkt den Keim in sich und
sind die primäre Infektionsquelle.
Lebensmittelvergiftung
Die Erkrankung erfolgt am häufigsten durch Aufnahme von Giften wie bakteriellen Toxinen.
Im Gegensatz zur Lebensmittelinfektion kommt es nicht zur Vermehrung der Keime im
Körper, den Schaden richten nur ihre Stoffwechselprodukte an. Die häufigste
Lebensmittelvergiftung in Deutschland erfolgt durch Kontamination von Lebensmitteln mit
Staphylococcus aureus über die Hände des Zubereiters (z. B. nach Aufschneiden eines
Schinkens), wobei dieser an sich nicht zwingend krankmachende Hautkeim sich bei
längerem Herumstehen im Lebensmittel vermehrt. Nachfolgendes Kochen tötet den Erreger
ebenso wie Magensäure zwar ab, die von ihm gebildeten (Entero-)Toxine überstehen aber
diese Barrieren und führen zum charakteristisch kurzen, aber unter Umständen recht
heftigen Beschwerdebild. Auch Bacillus- und Clostridienarten können Enterotoxine bilden
und zu ähnlichen Beschwerden führen.
Eine Lebensmittelvergiftung kann auch verursacht werden durch:
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Hormone aus den Schilddrüsen von Schlachttieren (Trijodthyronin, Thyroxin),
toxische Metalle und Metallverbindungen (Arsen, Antimon, Zink),
Pilztoxine (Orellanine),
pflanzliche Toxine (Solanin) und
Toxine aus marinen Tieren (Saxitoxine, Ciguatoxin, Tetrodotoxin)
Lebensmittelinfektion
Durch die Nahrung erfolgt die Aufnahme von pathogenen Mikroorganismen. Es kommt
dadurch zu einer Lebensmittelvergiftung durch Infektion des Magen-Darm-Traktes. Die
Keime bzw. die Bakterien vermehren sich im Menschen (Infektion) und verursachen dadurch
nach kurzer Inkubationszeit (Stunden) die Beschwerden (z. B. Campylobacteriose,
Salmonellose, Yersiniose). Oft produzieren diese Keime ebenfalls Toxine (z. B. Typhus,
Cholera); in diesen Fällen ist eine strenge Unterscheidung zwischen Lebensmittelinfektion
und Lebensmittelintoxikation nicht möglich. Erreger in Muscheln und rohem Fisch können
Vibrio parahaemolyticus und Vibrio vulnificus sein.
Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat 2015 in einem Bericht erneut darauf
aufmerksam gemacht, wie gefährlich Krankheiten sind, die durch verdorbene Lebensmittel
ausgelöst werden. Weltweit erkrankt jeder zehnte Mensch pro Jahr an einer
Lebensmittelinfektion
Botulismus
Botulismus (von lateinisch botulus ‚Wurst‘), auch Fleischvergiftunggenannt, ist eine
lebensbedrohliche Vergiftung, die von Botulinumtoxin (auch Botulismus-Toxin) verursacht
wird.
Botulismus ist beim Erwachsenen in der Regel eine reine Vergiftung und deshalb nicht
ansteckend. Ursache ist üblicherweise der Verzehr verdorbener Lebensmittel, meist aus
Konserven (Einweckglas oder Konservendose), in denen sich das anaerobe
Botulinumbakterium vermehrt und Botulinumtoxin produziert hat. Konservendosen sind dann
in den meisten Fällen aufgebläht (Das Aufblähen wird jedoch durch andere Vorgänge, die
häufig gleichzeitig stattfinden, hervorgerufen. Die Botulinumbakterien verursachen keine
Aufblähung). Bekannt sind auch Fälle, in denen vor allem Säuglinge mit Honig Sporen des
Botulinumbakteriums aufgenommen haben, die erst im Darm aktiviert wurden, sich dort
vermehrten und dadurch zu einer Vergiftung führten. Die orale Aufnahme der in der Natur
z. B. in Honig vorkommenden Bakteriensporen führt nur äußerst selten bei empfindlichen
Menschen und Säuglingen zu einer Infektion mit anschließenden Vergiftungssymptomen
Botulinumtoxin
Dieser Giftstoff wird vom Bakterium Clostridium botulinum produziert.
Clostridium botulinum bzw. seine Sporen sind in der Umwelt weit verbreitet und äußerst
widerstandsfähig gegen Hitze, Frost und Austrocknen. Im Boden können sie sehr lange
überdauern. Unter anaeroben Bedingungen keimen sie aus und setzen das Gift
Botulinumtoxin frei, eines der gefährlichsten Gifte. Streng genommen ist Botulinumtoxin eine
Sammelbezeichnung, denn es werden klassischerweise sieben Botulinumneurotoxine
unterschieden (A, B, C, D, E, F und G), die teilweise wirtsspezifisch und unterschiedlich
stark giftig sind.
Die Giftwirkung dieser Proteine beruht auf der Hemmung der Erregungsübertragung von
Nervenzellen, was neben Störungen des vegetativen Nervensystems insbesondere eine
Muskelschwäche bis hin zum Stillstand der Lungenfunktion zur Folge haben kann.
Botulinumtoxin ist für Lebewesen wie den Menschen das mit Abstand tödlichste bekannte
Gift.
Botulinumtoxine sind hochmolekulare Proteinkomplexe aus der Gruppe der AB-Toxine, die
aus zwei Teilen bestehen: der leichten Kette, eigentlichen, lähmend (paralytisch) wirkenden
Neurotoxin (Teil A) sowie meist der schweren Kette, einem nichttoxischen Protein (Teil B),
das eine Bindung an Nervenzellen und eine Aufnahme vermittelt. Über eine Disulfidbrücke
sind die Bestandteile miteinander verbunden.
Wenn synaptische Vesikel nicht mehr mit der Membran fusionieren können, wird ihr
Transmitter Acetylcholin nicht mehr in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Die betroffene
Nervenzelle kann somit die zugeordnete Muskelfaser nicht mehr hinreichend erregen und es
kommt dadurch zu einer Lähmung des Muskels, an dem das Gift wirkt.
Clostridium botulinum
Clostridium botulinum wächst wie alle Clostridien nur anaerob, d. h. unter Luftabschluss. Es
vermehrt sich rasch in Tierkadavern, selten auch in eiweißhaltigem Pflanzenmaterial (z. B.
mit Erde kontaminierte Hülsenfrüchte in ungenügend erhitzten Konserven). Gelangen
Tierkadaver z. B. in Heu oder Silage, werden die Futtermittel mit Botulinumtoxinen
kontaminiert.
Clostridium botulinum kommt ubiquitär im Erdboden wie im Sediment von Gewässern vor
und bildet widerstandsfähige Endosporen, ebenso wie Clostridium tetani, welches das
strukturell ähnliche Tetanustoxin produziert.
Adhäsine
Adhäsine sind von Bakterien produzierte Faktoren, die es dem Bakterium ermöglichen,
an Strukturen bzw. Zellen des Wirtes anzuhaften. Die Adhäsion mit Hilfe von Adhäsinen
verhindert den Abtransport bzw. das Abschwemmen des Bakteriums und ist damit
Voraussetzung für die Kolonisation und Infektion des Wirtes. Die Expression von Adhäsinen
ist bei manchen Bakterien-Arten von den Umgebungsbedingungen abhängig und reguliert.
 Fimbrien als Beispiel
Virulenzfaktor
Ein Virulenzfaktor ist eine Eigenschaft eines Mikroorganismus, die seine krankmachende
Wirkung bestimmt. Er kann sowohl ein Strukturelement als auch ein Stoffwechselprodukt
eines Mikroorganismus sein. Genetisch sind Virulenzfaktoren oftmals zu Pathogenitätsinseln
gruppiert. Mittlerweile synonym zu Virulenzfaktor spricht man auch von
Pathogenitätsfaktor, obwohl die Pathogenität die prinzipiell krankmachende Qualität
beschreibt, hingegen die Virulenz das quantitative Ausmaß bei der Auslösung der
Erkrankung.
Endotoxin
Endotoxine sind mikrobielle Toxine (Giftstoffe) aus der äußeren Membran gramnegativer
Bakterien. Das einzig bekannte Endotoxin ist das Lipid A, welches bei allen gramnegativen
Bakterien in den Lipopolysacchariden (LPS) der äußeren Membran vorkommt. Lipid A wird
beim Absterben des Bakteriums freigesetzt und entfaltet dann seine toxische Wirkung:
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Interleukin 1 wird aus Makrophagen freigesetzt, wodurch es zu einer Fieberreaktion
kommt
TNFα (Tumornekrosefaktor α) wird freigesetzt. Dies führt zu einer Erweiterung der
Gefäße (Vasodilatation), wodurch es zu einem septischen Schock kommen kann
Lipid A bindet an B-Zell-Rezeptoren, wodurch es zu einer Reifung der BLymphozyten kommt
über den alternativen Weg wird das Komplementsystem aktiviert
Beeinflussung des Kinin-Systems und der Blutgerinnung
Im Verlauf einer Sepsis (Blutvergiftung) mit gramnegativen Erregern kann es nach einer
Antibiotika-Therapie zu einer Endotoxinvergiftung kommen, da durch das massenweise
Absterben der Erreger sehr viel Endotoxin freigesetzt wird. Dadurch kann es zum Schock
kommen.
Exotoxin
Exotoxine sind Giftstoffe, die von lebenden Bakterien sezerniert werden. Oft werden sie nur
von Bakterien gebildet, die durch einen Bakteriophagen infiziert sind.
Exotoxine sind meist Proteine und daher nicht thermostabil, das heißt nicht hitzebeständig.
Sie können in drei Klassen eingeteilt werden:
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membranschädigende Toxine
AB-Toxine (haben vielerlei Funktion)
Superantigentoxine
AB-Toxin -> Untergruppe der Exotoxine
Sie bestehen im einfachsten Fall aus einem A-Teil, welcher die katalytische Aktivität hat, und
einem B-Teil, welcher die spezifische Bindung an die Zielzelle vermittelt. Es gibt jedoch
zahlreiche AB-Toxine, die mehrere B-Untereinheiten besitzen (zum Beispiel Pertussistoxin,
Choleratoxin, Diphtherietoxin).
Die Aufnahme der Toxine in die Zelle geschieht durch rezeptorvermittelte Endocytose
(englisch receptor mediated endocytosis, RME). Dabei bindet der B-Teil an einen
spezifischen Rezeptor auf der Zielzelle, worauf diese das Toxin durch Endocytose aufnimmt.
Das Toxin befindet sich dann in einem Endosom, welches üblicherweise während seiner
Reifung angesäuert wird. Diese Ansäuerung löst dann die Ausschleusung des A-Teiles aus
dem Endosom ins Cytoplasma aus. Damit kann der A-Teil seine Wirkung entfalten.
Beispiel: Tetanus und Botulismus
Ausgelöst werden diese beiden Krankheiten durch Neurotoxine, die von Clostridium tetani
beziehungsweise Clostridium botulinum erzeugt werden. Die Neurotoxine gehören zu den
AB-Toxinen und entfalten ihre Wirkung an Neuronen. Diese Toxine gehören zu den
wirksamsten bekannten Toxinen. Die tödliche Dosis liegt schon bei wenigen Nanogramm
pro Kilogramm.
Beide Toxine sind Endopeptidasen. Sie zerstören Proteine, die für die Verschmelzung von
synaptischen Vesikeln mit der Membran der Neuronen wichtig sind. Dadurch können die
Neurotransmitter nicht mehr in die Intersynapse abgegeben werden. Im Fall von Botulismus
wird die Ausschüttung von Acetylcholin (bei Tetanus Glycin) verhindert, was zu Erschlaffung
der Muskelfasern führt (bei Tetanus dauerhafte Muskelkontraktion).
Enterotoxin
Als Enterotoxizität (von altgriechisch ἔντερον enteron „Eingeweide, Darm“ [wörtlich: „das
Innere“] und Toxizität) bezeichnet man eine direkte, giftartige Wirkung unterschiedlicher
Substanzen (sogenannter Enterotoxine) auf den Darmtrakt, die zu einer vermehrten
Ausscheidung von Flüssigkeit aus der Darmwand führt. Ursächlich können dafür sowohl im
Darm befindliche Mikroorganismen (z. B. E. coli) sein, die Enterotoxine bilden, oder aber
auch die direkte (orale) Aufnahme von Substanzen mit entsprechender Wirkung auf den
Darm (z. B. Lebensmittelvergiftung). Klassisches Leitsymptom der Enterotoxizität ist der
Durchfall.
Gramnegativ vs. Grampositiv
Gram-positive und gram-negative Bakterien unterscheiden sich in ihrem Aufbau. Nach der
Gramfärbung erscheinen gram-positive Bakterien blau, da das mehrschichtige Murein die
Farbe zurückhält. Gram-negative Bakterien dagegen haben nur eine Schicht Murein, so
dass die Farbe wieder herausgewaschen werden kann und sie schliesslich rot erscheinen.
Die zwei Bakterienarten enthalten auch unterschiedliche Zellbestandeile, so besitzen grampositive Bakterien Teichonsäuren und gram-negative Lipopolysaccharide.
Gram-negative Bakterien
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Erscheinen nach der Gramfärbung rot
Haben eine dünne Zellwand mit einschichtigem Murein
Enthalten zwei Membranen (äussere Membran und zytoplasmatische Membran)
Besitzen in der äusseren Zellmembran verankerte Lipopolysaccharide, welche beim
Zerfallen der Bakterien als Endotoxine wirken
Die äussere Membran weist zwar eine geringe Permeabilität auf, enthält aber Poren
über welche der Influx reguliert wird
Bei gram-negativen Bakterien handelt es sich hauptsächlich um Stäbchen
Gram-positive Bakterien
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Erscheinen nach der Gramfärbung blau
Haben eine dicke Zellwand mit mehrschichtigem Murein
Besitzen in die Zellwand verankerte Teichonsäuren
Haben nur eine Membran (zytoplasmatische Membran), in die Lipoteichonsäuren
verankert sind
Aufgrund der fehlenden äusseren Membran sind gram-positive Bakterien für
exogene Substanzen gut permeabel
Bei gram-positiven Bakterien handelt es sich hauptsächlich um Kokken
Streptokinase
Streptokinase besitzt die Fähigkeit, den Abbau von Blutgerinnseln in Gang zu setzen.
Die Streptokinase ist ein extrazelluläres Protein, das von β-hämolysierenden Streptokokken
in das Nährmedium ausgeschieden wird. Streptokinase ist essentiell für die Hämolyse durch
Streptokokken, hat aber für sich allein keine enzymatische Aktivität. Diese wird erst durch
Bildung eines Aktivator-Komplexes mit Plasminogen erreicht, welcher die Umwandlung von
Plasminogen zu Plasmin katalysiert. Plasmin wiederum ist ebenfalls ein Enzym und löst
Blutgerinnsel auf. Diese Eigenschaft wird in der Medizin ausgenutzt.

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Streptokinase wird u. a. zur Reinigung von blutverschmutztem chirurgischem
Material (z. B. Katheter und Endoskope), aber auch zur Wundbehandlung (Abbau
von Schorf) eingesetzt.
Streptokinase wird beim akuten Herzinfarkt eingesetzt. Dabei wird Streptokinase in
sehr hoher Dosierung injiziert. Unterstützend wird Plasminogen durch Infusion
zugeführt (Streptokinase + Plasminogen = Anistreplase). Innerhalb von wenigen

Minuten löst sich der Blutpfropfen im Herzen auf. Wegen der antigenen Eigenschaft
der Streptokinase erfolgt eine Weitertherapie mit Urokinase humanen Ursprungs.
Streptokinase wird auch bei schweren Thrombosen eingesetzt.
Serotyp
Mit Serotyp oder Serovar (Kurzform von Serovarietas) bezeichnet man Variationen
innerhalb von Subspezies von Bakterien oder Viren, die mit
serologischen Tests unterscheidbar sind.
Der Serotyp ist ein formales taxonomisches Mittel zur detaillierteren
Klassifizierung von Bakterien und Viren auf molekularer Ebene. Dazu
werden die verschiedenen Antigene auf ihrer Oberfläche bestimmt (z. B.
die Zellwandrezeptoren).
Bestimmung von Oberflächenstrukturen
Bakterien und Viren tragen auf ihrer Außenseite Strukturen (Antigen), die von
Antikörpern erkannt werden. Die Antigene sind je nach Bakterienart und -stamm
verschieden. Bei krankheitserregenden Bakterien (beispielsweise Shigella,
Escherichia, Salmonella) benutzt man die Verschiedenartigkeit der Antigene, um sie
in verschiedene Serotypen zu klassifizieren.
Der Serotyp kann durch serologische Tests (beispielsweise ELISA) bestimmt
werden. Solche serologischen Tests beruhen auf den spezifischen Eigenschaften der
Antikörper, die gegen bestimmte Oberflächenstrukturen (beispielsweise
Polysaccharide) des Organismus gerichtet sind.
Variabilität der Oberflächenstrukturen
Kommt ein Organismus bezüglich der Struktur seiner Oberfläche in nur einer
einzigen Form vor, dann verfügt er entsprechend über nur einen Serotyp
(Antigentyp). Dies trifft beispielsweise für das Masernvirus zu, weshalb hier die
Herstellung eines guten Impfstoffs problemlos ist.
Insbesondere infektiöse Bakterien beziehungsweise Viren kommen jedoch in vielen
Formen mit verschiedenen Antigentypen vor. So sind beispielsweise von
Streptokokken (Streptococcus pneumoniae) über 90 verschiedene Ausprägungen
bekannt, die sich in der Struktur ihrer Polysaccharidhülle unterscheiden.[1] Die
unterschiedlichen Ausprägungen der Hülle stellen jeweils einen eigenständigen
Serotyp dar, der mittels eines serologischen Tests bestimmt werden kann. Dabei
können Serotypen vorkommen, die eine nahezu identische, aber doch nicht absolut
gleiche Struktur aufweisen und von dem gleichen serologischen Test nur einmal
erkannt werden, was ihre Unterscheidung in zwei Serotypen dann nicht mehr
ermöglicht, solange ein anderer serologischer Test dies nicht weiter auflöst.
Viele extrazelluläre (sich außerhalb von Zellen befindende) Krankheitserreger
benutzen die Veränderung ihrer Oberflächenstrukturen als Strategie, um der
Immunreaktion des befallenen Individuums zu entgehen. Diese Strategie kann für
den Krankheitserreger Erfolg haben, weil sich das befallene Individuum
(Immunsystem) vor allem mit der Bildung von Antikörpern gegen die ihm
bekannten/zugänglichen Oberflächenstrukturen zu verteidigen versucht.
Duffy-Faktor / DARC-Protein
DARC (von engl. Duffy antigen/receptor for chemokines), auch als Duffy-Faktor, DuffyAntigen oder Duffy-Rezeptor bezeichnet, ist ein Protein, das in der Zellmembran von roten
Blutkörperchen, Endothelzellen und Nervenzellen von Wirbeltieren vorkommt.
Pathophysiologisch spielt der Rezeptor eine wichtige Rolle für das Andocken der MalariaErreger Plasmodium vivax und Plasmodium knowlesi an rote Blutkörperchen.
Am besten erforscht ist die Rolle von DARC als Eintrittsrezeptor für die Malariaerreger
Plasmodium vivax und Plasmodium knowlesi in Erythrozyten. Duffy-negative Personen
(Fy(a-b-)-Phänotyp), die als Folge eines Polymorphismus in der Promotorregion kein DARC
auf Erythrozyten bilden können, zeigen eine Resistenz gegenüber diesen Malariaerregern.
Der damit zusammenhängende Selektionsdruck auf dem afrikanischen Kontinent führte
dazu, dass dieser Phänotyp insbesondere im äquatorialen und im südlichen Afrika dominiert.
Thrombus
Thrombus ist der medizinische Begriff für ein Blutgerinnsel in einem Blutgefäß oder im
Herzen. Dagegen wird für das extravasale Blutgerinnsel der Begriff Koagel verwendet.
Thromben können sowohl im venösen als auch im arteriellen Teil des Blutkreislaufs
entstehen. Ein Thrombus kann das Gefäß an seiner Entstehungsstelle festsitzend
verstopfen oder er kann sich lösen, vom Blutstrom mitgerissen werden und an anderer Stelle
Verstopfungen herbeiführen, die dort zum Ausfall der Blutversorgung von Organen führen. In
diesem Fall spricht man von einer Embolie oder Thromboembolie, das Blutgerinnsel wird
dann auch als Embolus bezeichnet.
Die von Thromben ausgelösten Krankheitsbilder sind unter anderem der Infarkt, der
ischämische Schlaganfall, die Thrombose oder in deren Folge die Lungenembolie.
Thromben bilden sich z. B. nach Gefäßverletzungen, um die verletzte Stelle im Gefäß von
innen zu verschließen und einen größeren Blutverlust zu vermeiden. In selteneren Fällen
können sich Thromben auch spontan und ohne vorhergehende Verletzung oder andere
äußere Einflüsse bilden, z. B. als Folge von Störungen der Blutgerinnung (Hämostase) oder
stark verlangsamter Fließgeschwindigkeit des Blutes, durch Koagulation infolge eines
erhöhten Gehaltes an Erythrozyten.
LAL-Test
Limulus amebocyte lysate (LAL) is an aqueous extract of blood cells (amoebocytes) from
the Atlantic horseshoe crab Limulus polyphemus. LAL reacts with bacterial endotoxin
lipopolysaccharide (LPS), which is a membrane component of gram-negative bacteria. This
reaction is the basis of the LAL test, which is widely used for the detection and
quantification of bacterial endotoxins.
In Asia, a similar Tachypleus amebocyte lysate (TAL) test based on the local horseshoe
crabs Tachypleus gigas or Tachypleus tridentatus is occasionally used instead. The
recombinant factor C (rFC) assay is a replacement of LAL/TAL based on a similar reaction.
Biofilm
In der Natur gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Formen mikrobieller Lebensweise.
Wachsen Bakterien freischwebend in Suspensionen, so wird von planktonischem Wachstum
gesprochen, besiedeln Keime feste Oberflächen, so wird dies als mikrobielle Biofilmbildung
bezeichnet. Letztere stellt die weitaus häufigere Kolonisierungsform dar.
Der Biofilm enthält außer den Mikroorganismen hauptsächlich Wasser. Von den
Mikroorganismen ausgeschiedene extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) bilden in
Verbindung mit Wasser Hydrogele, so dass eine schleimartige Matrix entsteht, in der
Nährstoffe und andere Substanzen gelöst sind. Oft werden von der Matrix auch
anorganische Partikel oder Gasbläschen eingeschlossen. Die Gasphase kann je nach Art
der Mikroorganismen mit Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Methan oder Schwefelwasserstoff
angereichert sein.
Die EPS bestehen aus Biopolymeren, die in der Lage sind, Hydrogele zu bilden und die
somit dem Biofilm eine stabile Form geben. Dabei handelt es sich um ein weites Spektrum
von Polysacchariden, Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren (extrazelluläre DNA).
In Biofilmen leben normalerweise verschiedene Mikroorganismenarten gemeinsam. Neben
den ursprünglichen Biofilm-Bildnern können auch andere Einzeller (Amöben, Flagellaten
u. a.) integriert werden. Im Abstand von wenigen hundert Mikrometern können aerobe und
anaerobe Zonen vorkommen, sodass aerobe und anaerobe Mikroorganismen eng
nebeneinander leben können.
Leben im Biofilm – Schutz und Gemeinschaft
Die Lebensvorgänge der Bakterien im Biofilm unterscheiden sich deutlich von denen
im planktonischen Zustand, also in freier Suspension. Von den beweglichen
Schwärmerzellen werden andere EPS als im Biofilmzustand gebildet.
Die Matrix bietet mechanische Stabilität und erlaubt es den Biofilm-Organismen,
langfristige synergistische Wechselwirkungen aufzubauen, Hungerperioden zu
überstehen und verhindert das Abschwemmen extrazellulärer Enzyme.
So werden einige Gene durch den Oberflächenkontakt an- und andere abgeschaltet.
Durch spezielle Signalmoleküle können sie sich untereinander verständigen und
gegenseitig weitere Gene an- und abschalten. Ihr genetisches Repertoire erweitern
sie durch horizontalen Gentransfer, indem sie mit Nachbarzellen Gene austauschen.
Der Biofilm bietet dem einzelnen Mikrolebewesen darin einen ausgezeichneten
Schutz und ermöglicht ihm, sich auf veränderte Umweltbedingungen einzustellen: So
steigt die Toleranz gegenüber extremen pH- und Temperatur-Schwankungen,
Schadstoffen (z. B. Bakteriziden), aber auch UV- und Röntgenstrahlung sowie
Nahrungsmangel.
Mögliche Ursachen dieser Hemmung schädlicher Umwelteinflüsse sind:

erschwerte Penetration – die Schadstoffe können nicht in die Biofilme eindringen


ungünstige Bedingungen für den Wirkstoff im Biofilm
hohe Diversität der Bakterien im Biofilm
o unterschiedliches Verhalten einzelne bakterielle Zellen oder Gruppen an
verschiedenen Stellen des Biofilms (mit anderen Worten „näher“ oder
„weiter entfernt“ von Nährstoffen, Sauerstoff (aerobe und anaerobe
Bereiche), Antibiotika oder Reaktionen des Immunsystems) – Selbst bei
großflächigem Bakteriensterben überleben häufig vereinzelte so genannte
„Persister“, die aufgrund der vorhandenen Nährstoffe nahezu ideale
Bedingungen für eine erneute Vermehrung haben.
o langsamere Wachstumsraten der Bakterien im Biofilm – Die Bakterien
zeigen teilweise einen reduzierten Stoffwechsel bis hin zu Ruhestadien
(VBNC – „viable but not culturable“) und nehmen deshalb so gut wie keine
antibiotischen Gifte auf, sie schützen sich im Wesentlichen selbst durch
Untätigkeit.
Plankton / Planktonisches Wachstum
Wachsen Bakterien freischwebend in Suspensionen, so wird von planktonischem Wachstum
gesprochen.
Plankton (griechisch πλαγκτόν „das Umherirrende“, „das Umhergetriebene“) ist die
Bezeichnung für die Gesamtheit der Organismen, die im freien Wasser („schwebend“, ohne
oder mit geringer Eigenbewegung) leben und deren Schwimmrichtung von den
Wasserströmungen vorgegeben wird. Einzelne Organismen des Planktons heißen Plankter.
Organismen, die auch gegen Strömungen anschwimmen können, werden hingegen als
Nekton bezeichnet.
Voraussetzung zum Überleben ist für Plankton seine Schwebefähigkeit (gesichert etwa
durch Wasserturbulenzen, Fortbewegungs- oder Schwebeorgane, Wasser- oder
Gasspeicherung). Die Bodenberührung führt meist zum Absterben.
Mikrobenmatte
Mikroorganismenmatten, Mikrobenmatten, Mikroorganismenteppich, dichtes Geflecht von
geschichteten, filmdünnen bis cm-dicken Lebensgemeinschaften (Biozönosen) von
Mikroorganismen, die hauptsächlich aus Bakterien bestehen, welche einen
unterschiedlichen Stoffwechsel aufweisen. Sie kommen in heißen Quellen
(Hydrothermalquellen), flachen Meeresbuchten (marines Supralitoral; Meeresbiologie) vor
und können auch dicke Biofilme auf sandigem oder felsigem Untergrund bilden. Sie tragen
wesentlich zur Stabilisierung von Sedimenten bei und können auch an der Gesteinsbildung
(Gesteine) beteiligt sein, z.B. von Stromatolithen, die zu den ältesten bekannten
Ansammlungen von Bakterien (Cyanobakterien, Leben) gehören. Die Matten bilden sich
hauptsächlich unter extremen Bedingungen, bei denen die Entwicklung von Grazern
(Ernährungstypen in Gewässern) beeinträchtigt ist. In den obersten belichteten, grünen bis
blaugrünen Schichten siedeln hauptsächlich Cyanobakterien, daneben aerobe heterotrophe
Bakterien und Pilze; es folgt, soweit noch Licht vorliegt, eine bräunlich-rote bis purpurfarbige
Zone mit Schwefelpurpurbakterien und grünen Schwefelbakterien (phototrophe Bakterien).
In der untersten, lichtlosen Schicht leben chemoorganotrophe Bakterien, hauptsächlich
Sulfatreduzierer, so daß innerhalb dieser Lebensgemeinschaft ein begrenzter, eigener
Schwefelkreislauf, eine spezielle Form des Sulphuretums, stattfindet.
Winogradsky-Säule
In einer Winogradsky-Säule entwickeln sich unterschiedliche Schwefel— und
Sauerstoffgradienten. Die im Schlamm und Wasser vorhandenen Mikroorganismen siedeln
sich entsprechend ihrer Ansprüche an ihre ökologische Nische in „Etagen”︁ an und
vermehren sich im Verlauf der folgenden Wochen derart stark, dass sie als farbige Banden
sichtbar werden. Mit Hilfe einfacher Identifizierungsmöglichkeiten können diese Banden
bekannten Mikroorganismen zugeordnet werden. Die Kenntnis ihrer Stoffwechselleistungen
und Lebensansprüche ermöglicht die Deutung der zeitlichen Abfolge bei der Bandenbildung
und die Zuordnung wichtiger Vorgänge zu wesentlichen Teilprozessen des Kohlenstoff-,
Schwefel- und Stickstoffkreislaufes.
Verdünnungsausstrich
Ein Verdünnungsausstrich ist ein mikrobiologisches Verfahren, mit dem man auf einem
festen Nährmedium (z.B. auf einer Agarplatte) aus einem Gemisch verschiedener
Mikroorganismen einzelne, charakteristische Einzelkolonien gewinnt.
Für einen Verdünnungsausstrich gibt es unterschiedliche Benennungen bzw. Varianten (13Strich-Methode, Dreiösenausstrich), wobei das grundsätzliche Prinzip identisch ist. Mit einer
sterilen Impföse wird aus einer Mischkultur eine kleine Menge Material entnommen. Das
Material wird in einer Linie in der Peripherie der Platte ausgestrichen. Danach wird die
Impföse ausgeglüht und ein Teil des Materials im ersten Sektor der Platte großflächig
verteilt. Dieser Schritt wird unter Verwendung der anderen Sektoren zweimal wiederholt,
wobei die Öse jeweils zwischen den Schritten ausgeglüht wird. Dabei muss die Öse immer
ausreichend abkühlen, damit keine Keime zerstört werden. Nach dem
Verdünnungssausstrich wird die Agarplatte inkubiert.
Die Gewinnung von Reinkulturen ist eine wichtige Voraussetzung, um die Auslöser von
Infektionskrankheiten zu identifizieren. In der Regel werden aus dem Untersuchungsmaterial
(z.B. einem Abstrich) zunächst so genannte Anreicherungskulturen angelegt. Aus ihnen
werden durch den Verdünnungsausstrich auf einem geeigneten Nährboden Einzelkolonien
gewonnen. Diese können als Reinkulturen für die weitere mikroskopische, biochemische
oder immunologische Identifizierung des Erregers verwendet werden.
Anreicherungskultur
Bei einer Anreicherungskultur geht es primär darum, die Population einer Probe (z.B. eines
Abstrichs) so zu vermehren, dass ein Vielfaches der gewonnenen Mikroorganismen-Menge
für weitere Untersuchungen zur Verfügung steht. Eine Anreicherungskultur ist in der Regel
eine Mischkultur. Um eine bestimmte Gruppe von Mikroorganismen bei der Vermehrung zu
begünstigen, schafft man für sie in der Kultur optimale Wachstumsbedingungen. So können
zum Beispiel gezielt anaerobe Bakterien vermehrt werden, indem man die Bakterien unter
Ausschluss von Sauerstoff aufzieht.
Eine weitere Selektivität kann durch Zugabe von Hemmstoffen zum Nährmedium der
Anreicherungskultur erreicht werden - zum Beispiel Cycloheximid zur Hemmung des
Pilzwachstums oder umgekehrt Chloramphenicol zur Hemmung von Bakterien.
Anreicherungskulturen werden auf festen Nährmedien (z.B. Agarplatten) durch einen
Verdünnungsausstrich weiter differenziert und können dann in Reinkulturen aufgetrennt
werden.
Reinkultur
Eine Reinkultur ist eine unter Laborbedingungen erzeugte Zellpopulation (Kultur), die durch
Vermehrung einer einzelnen Zelle bzw. eines einzelnen Mikroorganismus entsteht. Jede
Zelle der Reinkultur ist ein Klon der Ursprungszelle.
Verdünnungsreihe
Verdünnungsreihe, schrittweises Herabsetzen der Mikroorganismenkonzentration aus
einer Anreicherungskultur durch Verdünnen in flüssigen Nährmedien über mehrere,
aufeinanderfolgende Stufen. Das Verdünnen in Dezimalschritten (1:10, 1:100, 1:1000) ist am
gebräuchlichsten.