Ergänzungsseite IV zu Seuchen des Mittelalters

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Titelregister zu:

Guajacol

Guajacol ist ein in Guajak-Bäumen vorkommender sekundärer Pflanzenstoff, der sich strukturell vom Anisol und vom Phenol ableitet.

Geschichte

Guajacol wurde 1826 von Paul Unverdorben erstmals durch Destillation von Guajak-Harz hergestellt.

Vorkommen

Guajacol kommt in Buchenholzteer und Guajakharz vor. Guajacol wird neben anderen Phenolen durch thermischen oder mikrobiellen Abbau von Lignin oder phenolischen Säuren (z. B. Ferulasäure) gebildet und kommt daher in vielen Lebensmitteln, v. a. auch in geräucherten Produkten vor.[5]

Eigenschaften

Guajacol riecht rauchig-medizinisch, süß. Die Aromaschwelle in Wasser liegt bei 3 ppb. Mit seiner kräftigen Rauchnote trägt Guajacol wesentlich zum Kaffee-Aroma und zum Aroma geräucherter Lebensmittel bei.[5]

Mit Eisen(III)-ionen ist eine Grünfärbung festzustellen.

Darstellung

Guajacol wird durch Methylierung von 1,2-Dihydroxybenzol mittels Dimethylsulfat hergestellt.[6] Als Nebenprodukt bildet sich auch das dimethylierte Produkt, das Veratrol.

Es ist aus o-Anisidin durch Verkochen seines Diazoniumsalzes darstellbar.[7]

Verwendung

Guajacol wird in der Riechstoffindustrie zur Herstellung von Vanillin und in der pharmazeutischen Branche beispielsweise in Arzneimitteln gegen Bronchialerkrankungen (Guaifenesin) verwendet.

Einzelnachweise

↑ a b c d e f Eintrag zu Guajacol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 15. Juni 2009 (JavaScript erforderlich).
↑ CRC Handbook of Tables for Organic Compound Identification, Third Edition, 1984, ISBN 0-8493-0303-6.
↑ a b Eintrag zu CAS-Nr. 90-05-1 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag )
↑ Guajacol bei ChemIDplus.
↑ a b Thieme Chemistry (Hrsg.): Römpp Online. Version 3.1. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2008.
↑ Autorengemeinschaft: Organikum, 19. Auflage, Johann Ambrosius Barth, Leipzig · Berlin · Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00343-8, S. 209.
↑ Autorengemeinschaft: Organikum, 19. Auflage, Johann Ambrosius Barth, Leipzig · Berlin · Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00343-8, S. 564.

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Iodoform

Iodoform (Summenformel CHI3) ist eine gelbe, safranartig riechende chemische Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Iod und ein einfacher Halogenkohlenwasserstoff.

Nach Fieser & Fieser[6] ist Iodoform zusammen mit Tetraiodmethan die einzige farbige organische Verbindung ohne ungesättigtes Strukturelement.

Geschichte

Georges Serrulas stellte Iodoform 1822 erstmals her, Jean Baptiste Dumas stellte 1834 die richtige Formel auf.

Gewinnung und Darstellung

Iodoform kann mithilfe Lugolscher Lösung aus Verbindungen mit CH3CO-Gruppe wie Ethanol oder Aceton gewonnen werden.

Dazu löst man beispielsweise Ethanol (1, siehe unteres Bild) in Natronlauge und gibt Lugolsche Lösung zu. Das Gemisch wird für etwa 30 min auf 65 °C erwärmt. Die aus der Lösung ausgefallenen Kristalle werden abgenutscht, getrocknet und aus Methanol umkristallisiert.

Iodoform lässt sich auch durch Elektrolyse aus einer warmen Lösung von Kaliumiodid, Natriumcarbonat und Ethanol in Wasser herstellen.

Verwendung

Früher wurde in Diethylether gelöstes Iodoform (Iodoformether) in der Dentalmedizin zur Desinfektion von Wunden verwendet, da es mit der Wundfeuchtigkeit eine kleine, desinfizierend wirkende Iodmenge abgibt. Zugleich trocknete es auch die Wunde, stillte kleinere Blutungen und verminderte die Wundschmerzen. Wegen seines charakteristisch intensiven Geruchs, des hohen Preises und der Schädlichkeit bei hohen Dosierungen wird Iodoform medizinisch kaum mehr verwendet.

Einzelnachweise

↑ a b c d Bernhard Westermann, in: Roempp Online - Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
↑ a b c d e Eintrag zu Triiodmethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 16. Januar 2009 (JavaScript erforderlich)
↑ a b Datenblatt Iodoform bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 5. April 2011.
↑ omikron-online:Iodoform, Seite abgerufen am 3. Juni 2007 .
↑ A. S. Carson, P. G. Laye, J. B. Pedley, Alison M. Welsby: The enthalpies of formation of iodomethane, diiodomethane, triiodomethane, and tetraiodomethane by rotating combustion calorimetry, in: The Journal of Chemical Thermodynamics, 1993, 25 (2), S. 261–269; doi:10.1006/jcht.1993.1025 .
↑ FIESER/FIESER: Organische Chemie, 2. Aufl., Verlag Chemie, Weinheim 1979, S. 404–405.

Alexandre Émile Jean Yersin

Alexandre Émile Jean Yersin (* 22. September 1863 in Aubonne, Schweiz; † 28. Februar 1943 in Nha Trang, Vietnam) war ein schweizerisch-französischer Arzt und Bakteriologe, der den Erreger der Pest, Yersinia pestis, entdeckte. Im zu Ehren wurde die gesamte Bakterien-Gattung Yersinia genannt.

Leben

Nach Studienjahren in Lausanne und Marburg ging Yersin nach Paris und arbeitete am Institut Louis Pasteur, unter anderem zusammen mit Émile Roux über Diphtherie, sie wiesen dabei das Diphtherietoxin nach. Er promovierte 1888 über experimentelle Tuberkulose und besuchte den bakteriologischen Kurs von Robert Koch in Berlin. Um in Frankreich den Arztberuf ausüben zu können, wurde er französischer Staatsbürger.

In Indochina arbeitete er ab 1890 als Schiffsarzt und unternahm dort Forschungsreisen. Als die von der Mongolei sich ausbreitende Pestwelle 1894 die südchinesische Küste erreichte, schickten ihn französische Regierung und Institut Pasteur nach Hongkong, um die bis dahin noch unbekannte Ursache der Erkrankung zu finden. Gleichzeitig und mit demselben Ziel arbeitet dort eine japanische Forschergruppe unter Leitung von Shibasaburo Kitasato. Obwohl Yersin schlechter ausgestattet war und von den englischen Kolonialbehörden in seiner Arbeit behindert wurde, gelang ihm am 20. Juni 1894[1] die Isolierung des Erregers aus befallenen Lymphknoten (Bubonen) von Pesttoten und die Übertragung der Krankheit auf Mäuse und Meerschweinchen. Dass er im Unterschied zu Kitasatos Gruppe nicht über einen Brutschrank verfügte und seine Bakterienkulturen bei normaler Lufttemperatur in einer Bambushütte anzüchten musste, war dabei ein glücklicher Umstand, denn unter Laborbedingungen vermehrt sich Yersinia pestis bei Temperaturen, die niedriger sind als die menschliche Körpertemperatur, besser.

Yersin wies auch experimentell nach, dass der von ihm identifizierte Pesterreger ebenfalls für das in Hongkong zeitgleich aufgetretene massenhafte Rattensterben verantwortlich war. Damit fehlte zur vollständigen Aufklärung der wesentlichen Glieder der Infektionskette dieser Zoonose nur noch die Feststellung, dass Pestepidemien durch den Biss des Rattenflohs vom Tier auf den Menschen „überspringen“. Dieses sollten drei Jahre später Masanori Ogata und Paul-Louis Simond in Bombay entdecken. Der Erreger, den Kitasato in Hongkong isolierte und als Verursacher der Pest beschrieb, erwies sich später als zufälliger Begleitkeim der Erkrankung, dennoch galt Kitasato lange als (Mit-)Entdecker des Pesterregers. 1970 erhielt das Bakterium den heutigen Namen, in Erinnerung der Verdienste Yersins.

1895 war Yersin in Paris und arbeitete an der Entwicklung eines Heilserums mit, das er danach im Fernen Osten bei der Behandlung von Pestkranken einsetzte, das jedoch beim Auftreten der Pest in Bombay im Jahre 1897 keine Wirkung zeigte. In den folgenden Jahren befasste er sich im Auftrag der Kolonialverwaltung mit landwirtschaftlichen Projekten in Indochina, unter anderem mit der Anpflanzung von Hevea brasiliensis zur Gewinnung von Kautschuk und von Cinchona ledgeriana, dem Chinarindenbaum, aus dessen Rinde das Anti-Malaria-Mittel Chinin hergestellt wird. 1902 wurde er für zwei Jahre Direktor der neu gegründeten Schule für medizinisches Hilfspersonal in Hanoi, aus der später die Medizinische Hochschule hervorging. Von 1904 bis 1924 leitete er die Niederlassungen des Instituts Pasteur in Saigon und Nha Trang. Er wurde 1934 in den wissenschaftlichen Beirat des Instituts in Paris berufen und zum ehrenamtlichen Direktor und Vorsitzenden der jährlichen Generalversammlung des Instituts ernannt.

Der Halsbandhäherling Garrulax Yersini, eine in Vietnam vorkommende seltene Vogelart, ist ebenfalls nach Yersin benannt.

Zitate

Du stellst mir die Frage, ob ich die medizinische Praxis schätze. Ja und Nein. Es macht mir viel Spaß, wenn ich mich um die kümmere, die kommen und um meinen Rat bitten, aber ich möchte nicht die Medizin zu einem Geschäft machen, das heißt, dass ich nie einen Patienten bitten könnte, mich für Hilfe zu bezahlen, die ich ihm geben kann. Ich betrachte die Medizin als eine Priesterschaft ähnlich dem Amt des Seelsorgers. Von einem Kranken Bezahlung für Hilfe zu verlangen, ist so ähnlich wie ihm zu sagen, Geld oder Leben.

(Original) Tu me demandes si je prends goût à la pratique médicale. Oui et non. J'ai beaucoup de plaisir à soigner ceux qui viennent me demander conseil, mais je ne voudrais pas faire de la médecine un métier, c'est-à-dire que je pourrais jamais demander à un malade de me payer pour des soins que j'aurais pu lui donner. Je considère la médecine comme un sacerdoce, ainsi que le pastorat. Demander de l'argent pour soigner un malade, c'est un peu lui dire la bourse ou la vie.[2]

Literatur

Rosemarie Dilg-Frank: Alexandre Yersin (1863-1943) als Medizinstudent in Marburg. In: alma mater philippina, Wintersemester 1978/79, pp. 19-23.

Stefan Winkle: Geißeln der Menschheit. Kulturgeschichte der Seuchen. Artemis und Winkler, Düsseldorf/Zürich 1997, ISBN 3-538-07049-0

Einzelnachweise

↑ Deutschlandradio Kultur vom 20. Juni 2004: Der Schweizer Tropenarzt Alexandre Yersin entdeckt den Pestbazillus , abgefragt am 19. Juni 2010
↑ http://www.xxx

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Institut Pasteur

Das Institut Pasteur ist eines der weltweit führenden Grundlagenforschungszentren für Biologie und Medizin mit Hauptsitz in Paris. Es wurde am 4. Juni 1887 gegründet und nach dem Gründer, dem bekannten Forscher Louis Pasteur, benannt.

Neben seiner Forschungstätigkeit berät es die französische Regierung und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) in medizinischen Sachfragen. Es beschäftigt sich mit der Entwicklung und Erforschung von Diagnose- und Testverfahren in der Medizin. Das Institut ist ein epidemiologisches Überwachungszentrum und kontrolliert Ausbrüche von Infektionskrankheiten weltweit.

Organisation

1966 wurde das Institut reorganisiert. Ein wissenschaftlicher Ausschuss wurde gegründet und Forschungszentren und Lehre ebenso wie Produktion und Vermarktung voneinander getrennt. Der französische Staat übernimmt heute einen Finanzierungsanteil von 41%, ein Drittel der Erträge kommt aus den Aktivitäten des Instituts. Rund 26% kommen aus Schenkungen und Vermächtnissen.

Bekannte Forscher

Schon der Gründer Louis Pasteur war ein Pionier auf dem Gebiet der Mikrobiologie. Émile Roux hielt 1888 die weltweit erste Vorlesung in Mikrobiologie. Er und Alexandre Yersin fanden u.a. das Diphtherietoxin. 1921 führte die Entdeckung des Impfstoffes gegen die Tuberkulose durch Albert Calmette und Camille Guérin zu einer Institutserweiterung. Jean Laigret einwickelte 1932 die erste Impfung gegen Gelbfieber. 1936 gelangen Daniel Bovet bedeutende Beiträge zu Forschung der infektionshemmenden Wirkung der Sulfonamide. Pierre Lépine entwickelte 1954 eine der weltweit ersten Polio-Schutzimpfungen. Luc Montagnier isolierte 1983 mit seiner Arbeitsgruppe erstmals den als HI-Virus bekannten Erreger der Immunschwächekrankheit AIDS und entdeckte zwei Jahre später den HIV-2.

Sieben mal wurden Forscher des Instituts bislang mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet:

1907: Alphonse Laveran
1908: Ilja Iljitsch Metschnikow
1919: Jules Bordet
1928: Charles Nicolle
1957: Daniel Bovet
1965: François Jacob, Jacques Monod und André Lwoff
2008: Luc Montagnier und Françoise Barré-Sinoussi

Pasteur-Institute weltweit

Die Gründung des ersten Institut Pasteur außerhalb Europas erfolgt 1891 in Saigon.

Das ebenfalls sehr bekannte Institut Pasteur Brüssel in Belgien, ursprünglich Institut Antirabique et Bactériologique du Brabant, wurde 1900 vom Provinzrat Brabant gegründet. Der vom Institut Pasteur Paris kommende Nobelpreisträger Jules Bordet war dort erster Institutsleiter. Ab dem 1. Januar 1995 war es dem belgischen Bundesministerium für Soziales, Gesundheit und Umwelt unterstellt, bis es der Freistaat Bayern 2001 erwarb, renovierte und 2004 die Vertretung des Freistaates Bayern bei der EU die Räume bezog.[1]

Zum Institut Pasteur gehört heute ein internationales Netz von 32 angeschlossenen Instituten:

Abidjan, Côte d'Ivoire
Algier, Algerien
Athen, Griechenland
Bangui, Zentralafrikanische Republik
Brüssel, Belgien: Institut Pasteur Brüssel (seit 1900)
Bukarest, Rumänien
Casablanca, Marokko
Cayenne, Französisch-Guayana
Dakar, Senegal
Ho-Chi-Minh-Stadt, Nha Trang und Hanoi, Vietnam
Hong Kong University - Pasteur Research Centre, Hongkong, China
Lille
Montevideo, Uruguay
Montréal, Canadian Pasteur Foundation, Kanada
New York, Pasteur Foundation, USA
Niamey, Niger
Nouméa, Neukaledonien
Phnom Penh, Kambodscha
Pointe-à-Pitre, Guadeloupe
Sankt Petersburg, Russland
Seoul, Südkorea
Shanghai, China
Tananarive, Madagaskar
Teheran, Iran: Pasteur Institute of Iran
Tunis, Tunesien
Yaoundé, Kamerun

Einzelnachweise

↑ "Das Institut Pasteur" . Webseite der Bayerischen Vertretung. Abgerufen am 22. März 2011.

Louis Pasteur

Louis Pasteur (* 27. Dezember 1822 in Dole im Département Jura; † 28. September 1895 in Villeneuve-L'Etang bei Paris) war ein französischer Naturwissenschaftler und (neben Robert Koch) einer der Begründer der Mikrobiologie.

Leben

1822 in ärmlichen Verhältnissen geboren, wuchs Pasteur in Arbois auf. Nach einem geisteswissenschaftlichen und einem mathematischen Studienabschluss promovierte Pasteur 1847 in Paris in Physik. Von 1848 bis 1853 war er Chemieprofessor in Dijon und darauf in Straßburg, wo er Marie Laurent, die Tochter des Universitätsrektors, kennenlernte und 1849 heiratete. Von ihren fünf Kindern wurden nur zwei erwachsen, die drei anderen starben jung an Typhus.

1854 bis 1857 war Pasteur Professor in Lille, 1858 wurde er Direktor der École normale supérieure (Rue d'Ulm) in Paris. 1867 erhielt er einen Lehrstuhl an der Sorbonne; 1887/88 wurde Pasteur Gründer und erster Direktor des nach ihm benannten Institut Pasteur.

Werk

Durch die Racematspaltung eines Ammoniumsalzes der (±)-Weinsäure legte und entdeckte Pasteur 1848 die Grundlagen der Stereochemie.[1]

Pasteur entwickelte Impfstoffe gegen die Geflügelcholera, den Milzbrand, Rotlauf und die ohne Schutzimpfung stets tödlich verlaufene Tollwut. Als Schutzimpfung gegen Tollwut setzte Pasteur im Rückenmark von Kaninchen abgeschwächten Tollwutvirus ein. Die erste Tollwutimpfung bei einem Menschen führte Pasteur am 6. Juli 1885 bei dem neunjährigen Jungen Joseph Meister durch, der von einem tollwütigen Hund gebissen worden war. Zuvor hatte er seinen Impfstoff nur an Hunden getestet, doch die Behandlung des Jungen verlief erfolgreich.

Er entdeckte auch, dass durch das kurzzeitige Erhitzen von Lebensmitteln auf 60–70 °C ein Großteil der darin enthaltenen Keime abgetötet wird, dass Keime wie Krankheits- oder Fäulniserreger durch Pasteurisierung getötet werden können. Wie Robert Koch wies er nach, dass bestimmte Krankheiten von Mikroorganismen verursacht werden. Die Erkenntnis führte zur Entwicklung der Sterilisation, mit der man z. B. medizinische Instrumente keimfrei macht. Das von ihm entwickelte Verfahren, Milch durch kurzes Erhitzen auf etwa 60 °C haltbar zu machen („Pasteurisieren“), wird noch heute angewendet.

Im Laufe des Jahres 1857 – zu dieser Zeit war Pasteur Dekan und Professor für Chemie an der naturwissenschaftlichen Fakultät in Lille – entdeckte er das für die Milchsäuregärung verantwortliche Bakterium. Dies bestätigte zunächst seine 1860 geäußerte Vermutung, dass die Gärung ein von der lebenden Zelle abhängiger Prozess sei und widerlegte das bereits unter den Chemikern Justus von Liebig und Berzelius sowie der damaligen Wissenschaftsgemeinde etablierte Konzept einer ausschließlich chemischen Entität. Tatsächlich handelt es sich bei der Fermentation um einen chemischen Prozess in lebenden Organismen. Einer der wenigen Chemiker, die weder eine chemisch-mechanistische Deutung der Gärung wie Liebig noch eine überwiegend vitalistische Sicht (Protoplasmatheorie wie Schwann und Pasteur) hatten, war der deutsche Privatgelehrte Moritz Traube, mit dem Pasteur in fruchtbarer wissenschaftlicher Auseinandersetzung stand (Abhängigkeit der Gärung von zellulärer Integrität, Hefe im sauerstofffreien Milieu, Herstellung reiner Hefe). Erst Eduard Buchner entschied den Streit 1897 endgültig, indem er nachwies, dass die Gärung nicht an die Lebenstätigkeit von Organismen gebunden ist.

Des Weiteren löste Pasteur im Jahre 1859 ein Problem bezüglich der Weinsäure. Bei natürlicher Weinsäure bemerkte er, dass sich polarisiertes Licht um 7 Grad dreht. Jedoch konnte er bei synthetisch hergestellter Weinsäure diesen Effekt nicht beobachten, obwohl sich beide Substanzen chemisch völlig identisch verhielten. Nach näheren Untersuchungen fand er heraus, dass natürliche Weinsäure nur eine Art von Kristallen enthält. Synthetisch hergestellte Weinsäure beinhaltet zwei Arten von Kristallen, wobei die eine Art Kristall lediglich ein Spiegelbild der anderen war (siehe Chiralität).

Würdigung und Nachwirkung

Am 29. Dezember 1883 erhielt Pasteur für seine Arbeiten über den Wein und die Gärung den Mérite agricole.

Am 8. Juni 1886 verlieh der osmanische Sultan Abdülhamid II. Pasteur für seine Verdienste den Mecidiye-Orden I. Klasse sowie 10000 osmanische Lira.[2]

Die Erkenntnisse von Pasteur wurden durch wissenschaftsgeschichtliche Aufarbeitung in den letzten Jahren etwas relativiert, da seine Beweisführungen oft erzwungen wirkten (Gerald Geison: The Private Science of Louis Pasteur). Die Kritik ändert aber nichts an der Tatsache, dass Pasteur zu den bedeutendsten Wissenschaftlern der Geschichte gehört. In Frankreich ist er ein Nationalheld. Nach ihm sind das Institut Pasteur in Paris und der Asteroid (4804) Pasteur benannt.

Etwa 70 Jahre nach seinem Tod übergab die Familie Pasteurs 1964 seine privaten Aufzeichnungen (144 Notizbücher, davon 102 nutzbare) der Bibliothèque Nationale de Paris. Der Wissenschaftshistoriker Gerald L. Geison vom Historischen Institut der Universität Princeton in New Jersey, der etwa 20 Jahre lang die Aufzeichnungen von Pasteur studierte, entdeckte in den privaten Einträgen Pasteurs u. a. eine Reihe gravierender Abweichungen zu seinen tatsächlich publizierten Arbeiten. Laut Notizbuch benutzte Pasteur z. B. einen anderen Impfstoff gegen Milzbrand, als er in seinen Veröffentlichungen angegeben hatte. Durch die Veröffentlichung dieser Notizbücher geriet das Ansehen Pasteurs nachträglich etwas ins Wanken. Französische Zeitungen berichteten damals über Wissenschaftsbetrug.

1935 drehte William Dieterle unter dem Titel The Story of Louis Pasteur (dt. Louis Pasteur) eine Filmbiografie mit Paul Muni in der Titelrolle.

Literatur

Patrice Debré: Louis Pasteur („Louis Pasteur“). Johns Hopkins University Press, Baltimore, Md. 1998, ISBN 0-8018-5808-9 (übersetzt durch Elborg Forster).
René Dubos: Louis Pasteur. Free Lance of Science. Da Capo Press, New York 1986, ISBN 0-306-80262-7.
Gerald Geison: The Private Science of Louis Pasteur. Princeton University Press, Princeton, N.J. 1995, ISBN 0-691-03442-7.
Gerda Kirmse: Louis Pasteur. Ein Wohltäter der Menschheit. Pandion Verlag, Bad Kreuznach 1995, ISBN 3-922929-58-3.
John Hudson Tiner: Louis Pasteur: Founder of Modern Medicine. Mott Media, Milford, Mich. 1990. ISBN 0-88062-159-1 (Kinderbuch).

Einzelnachweise

↑ Joseph Gal: Louis Pasteur, Language, and Molecular Chirality. I. Background and Dissymmetry, Chirality 23 (2011) 1−16.
↑ Sevan Nişanyan: Yanlış Cumhuriyet İstanbul: Kırmızı Yayınları 2009, S. 263.

Pasteur-Institut (Bangkok)

Das Louis-Pasteur-Institut Bangkok auch Saowapha-Institute oder Queen Saowabha Memorial Institute (QSMI) ist Sitz des Roten Kreuzes von Thailand in Bangkok, Bezirk Pathum Wan. Angeschlossen ist eine Schlangenfarm.

Geschichte

Das Louis-Pasteur-Institut wurde 1912 während der Herrschaft von König Vajiravudh ins Leben gerufen, um zunächst Tollwut-Impfungen durchzuführen. Das Thailändische Rote Kreuz wurde am 8. April 1920 vom Internationalen Komitee vom Roten Kreuz als nationale Rotkreuz-Gesellschaft anerkannt[1].

Die dem Pasteur-Institut angeschlossene Schlangenfarm wurde am 22. November 1923 von der Präsidentin des thailändischen Roten Kreuzes, Königin Sawang Vadhana, eröffnet und war seinerzeit die zweite derartige Einrichtung weltweit.

Schlangenfarm

Die Schlangenfarm umfasst eine Fläche von etwa 600 m², hat zwei Freigehege und mehrere Drahtgehege. Es gibt zudem für Besucher Ausstellungen und Vorträge mit anschließender Demonstration von ausgewählten Giftschlangen.

Gezeigt werden die rund 50 Giftschlangenarten Thailands, die zur Entwicklung von Antiseren gehalten werden. Die Entwicklung der Antiseren der verschiedenen Schlangengifte erfolgt mit Hilfe von Pferden, die das Schlangengift über Tage hinweg in geringer Dosis injiziert bekommen und mit der Zeit immun werden. Das aus dem Blut der Pferde produzierte Gegengift wird im ganzen Land an Krankenhäuser verteilt, um im Notfall nach Schlangenbissen eingesetzt werden zu können.

Einzelnachweise

↑ http://www.xxx Geschichte des Gesundheitswesens Siam, besucht am 5. März 2007

Pneumokokken

Pneumokokken (eingedeutschter Plural aus dem latinisierten Singular Pneumococcus, der sich aus den beiden altgriechischen Bestandteilen πνεύμων pneúmōn ‚Lunge‘ und κόκκος kókkos ‚Kern‘, ‚Korn‘ zusammensetzt)[1] sind grampositive Bakterien der Art Streptococcus pneumoniae, die morphologisch zu der Gruppe der Diplokokken gehören, also paarweise gelagert sind.

Krankheitsbild

Pneumokokken sind Bakterien, die schwere Infektionen verursachen. Bei Säuglingen, Kleinkindern, älteren Menschen und Personen mit chronischen Grundleiden können sie besonders gefährlich werden. Weltweit sterben jährlich etwa zwei Millionen Menschen an einer durch Pneumokokken verursachten Infektion, darunter mehr als eine Million Kinder unter fünf Jahren mit einer Lungenentzündung. In Deutschland fallen nach Angaben der Ärzte Zeitung jedes Jahr rund 75.000 Menschen einer Lungenentzündung zum Opfer. Trotz Antibiotika tritt die Hälfte dieser Todesfälle bereits innerhalb der ersten 48 Stunden ein. In der Akutphase liegt die Sterblichkeit bei etwa acht Prozent, in den darauffolgenden Monaten bei weiteren etwa fünf Prozent. Weltweit sterben jährlich geschätzt 826.000 Kinder unter 6 Jahre an Pneumokokkeninfektionen.[2]

Pneumokokken können eine Vielzahl von Krankheiten hervorrufen.

Die meisten Menschen, die an Lungenentzündung (Pneumonie) erkranken, sind über 50 Jahre alt. Diese ist auch deshalb besonders gefährlich, weil sie leicht übersehen wird. Typische Krankheitssymptome, wie plötzliches hohes Fieber, Schüttelfrost, Husten, eitriger Auswurf, sind im Alter seltener. Typischerweise beginnt die Lungenentzündung nach vorausgegangenem Infekt der oberen Atemwege. Säuglinge zeigen neben Husten oftmals untypische Symptome wie Trinkschwäche oder Schnupfen. Kleinkinder leiden unter Husten, schnellem Puls, sind blass und haben Fieber.

Der Hirnhautentzündung (Meningitis) geht meist eine Infektion der oberen Atemwege voraus. Im Säuglingsalter haben Kinder hohes Fieber, erbrechen, sind apathisch oder unruhig, verweigern die Nahrung oder erleiden Krampfanfälle. Sind die Kinder älter als ein Jahr, tritt die typische Nackensteifheit (Meningismus) auf, darüber hinaus Kopfschmerzen und Bewusstlosigkeit. Auch wenn das Kind die Infektion überlebt, kann es Hirnschäden zurückbehalten, taub sein oder schlechter sehen. Bei Kindern unter fünf Jahren sind Pneumokokken die zweithäufigste Ursache bei akuten bakteriellen Hirnhautentzündungen.

Eine Mittelohrentzündung (Otitis media) verursacht bei den betroffenen Kindern starke Ohrenschmerzen und Fieber. Manche Kinder leiden unter häufig wiederkehrenden Mittelohrentzündungen. In Deutschland erkranken nach Schätzungen jährlich 300.000 bis 600.000 Kinder unter fünf Jahren an akuter Mittelohrentzündung.

Bei der Nasennebenhöhlenentzündung treten Fieber und Kopfschmerzen auf, die Nebenhöhlen sind vereitert. Säuglinge erkranken nur selten an einer Entzündung der Kieferhöhlen, weil diese noch nicht vollständig ausgebildet sind. Das sogenannte Siebbeinzellensystem kann aber bei ihnen auch betroffen sein.

Eine Hornhautentzündung durch Pneumokokken verläuft oft rasch penetrierend und schmerzhaft (Ulcus serpens).

Infektionsweg

Pneumokokken werden selten durch Tröpfcheninfektion von Mensch zu Mensch weitergegeben, sondern es handelt sich meistens um endogene Infektionen. Sie besiedeln die Schleimhäute des Nasenrachen (Nasopharynx). Träger und Überträger von Pneumokokken sind hauptsächlich Kinder in den ersten beiden Lebensjahren, Erwachsene ohne Kontakt zu Kleinkindern sind nur zu etwa 5 % besiedelt, eine Zahl die allerdings mit zunehmendem Alter (>65 Jahre) und schwächerem Immunsystem wieder ansteigt. Überträger werden meist von einem bis maximal drei verschiedenen Serotypen zugleich besiedelt, die jedoch immer wieder durch neue ersetzt werden.

Eine Besiedlung mit Pneumokokken ist meist symptomlos und ohne Krankheitsbild (eventuell leichte Erkältung), während eine Schwächung der körpereigenen Abwehrmechanismen durch Virusinfektion, chronischen Krankheiten oder Alter zur Ausbreitung des Bakteriums und Krankheit führen kann. Mittelohr-, Nasennebenhöhlen-, Lungen- oder Hirnhautentzündung können dann die Folge sein, während ein Übergang in die Blutbahn (zumeist über vorherige Infektion der Lunge) zu Sepsis (Blutvergiftung) führt. Allerdings sind die genauen Gründe, warum bei manchen Menschen eine Besiedlung zu lebensbedrohlichen Krankheiten führt, während die meisten keinerlei Symptome zeigen, noch nicht vollständig erforscht. In hohem Maße gefährdet sind die am meisten besiedelten Bevölkerungsgruppen, wie Kinder in den ersten beiden Lebensjahren (noch nicht vollständig angepasstes Immunsystem) und alte Menschen.

Therapie

Penicilline sind trotz weltweit steigender Resistenzen weiterhin Antibiotika der 1. Wahl zur Therapie von Pneumokokken-Infektionen.[3] Vorteile bietet hierbei die Verwendung von Aminopenicillinen, da sie auch gegen differenzialdiagnostisch wichtige Keime wie Haemophilus influenzae gut wirksam sind. Eine Ausnahme bildet die Pneumokokken-Meningitis, da hier mit den schlecht liquorgängigen Penicillinen keine ausreichend hohen Wirkstoffdosen am Entzündungsherd erreicht werden. Bei Verdacht auf Pneumokokken-Meningitis sollte unmittelbar eine Therapie mit Cephalosporinen begonnen werden. Als Reserveantibiotika bei penicillinresistenten Pneumokokken-Stämmen stehen Rifampicin und Vancomycin zur Verfügung.[4]

Impfung

Für die Impfung gegen Pneumokokken stehen zwei Impfstoffe zur Verfügung. Ein sogenannter Polysaccharid-Impfstoff steht seit vielen Jahren zur Verfügung und ist vor allem für ältere Kinder und Erwachsene bestimmt. Er wirkt gegen 23 verschiedene Pneumokokkentypen, die für 90 Prozent der Erkrankungen verantwortlich sind. Ein sogenannter Konjugat-Impfstoff wurde im Februar 2001 zugelassen und ist für Kleinkinder bestimmt. Der neue Impfstoff ist gegen die sieben für Kinder gefährlichen und häufigsten Typen der Pneumokokken gerichtet.

Bevor der Konjugatimpfstoff eingeführt wurde, gab es die Schutzimpfung gegen Pneumokokken nur für Kinder ab dem dritten Lebensjahr sowie Jugendliche und Erwachsene. Der für sie geeignete Polysaccharid-Impfstoff ist aber, weil er aus den unveränderten Zuckermolekülen der Kapsel besteht, bei Säuglingen und Kleinkindern nicht ausreichend wirksam. Daher konnten Kinder unter zwei Jahren bisher nicht gegen Pneumokokken-Infektionen geimpft werden. Bei der Herstellung des Konjugatimpfstoffes hat man sich eines Kunstgriffs bedient. An die Kapsel-Zuckermoleküle wurde ein Eiweißmolekül gebunden, das es den weißen Blutkörperchen erleichtert, den Erreger zu erkennen. Seit März 2001 steht auch in Deutschland ein Konjugatimpfstoff zur Verfügung, der bei Säuglingen und Kleinkindern erfolgreich eingesetzt werden kann. In klinischen Studien wurden in den USA und in Finnland mehr als 37.000 Kleinkinder geimpft. Dabei ist die Wirksamkeit des neuen Impfstoffes bei der ausgewählten Zielgruppe belegt worden.[5]

Obwohl die Impfung gut verträglich ist, ist nur ein kleiner Teil der Menschen, für die sie empfohlen wird, geimpft. Insbesondere wird von der Impfung erhofft, das Entstehen von Antibiotika-Resistenzen einzudämmen, die das Behandeln von Pneumokokken-Infektionen weltweit erschweren. Daher wird von einigen Stellen gefordert, die Impfung sollte in größerem Umfang genutzt werden als bisher.

Empfehlungen für die Pneumokokken-Impfung

Die Ständige Impfkommission am Robert Koch-Institut, STIKO, hat ihre Impfempfehlungen aktualisiert und im Epidemiologischen Bulletin 30/2006 veröffentlicht.[6] Darin wird die Impfung für folgende Personen empfohlen:

alle Personen ab 60 Jahre
alle Kinder ab dem vollendetem zweiten Lebensmonat bis zum zweiten Lebensjahr
Kinder, Jugendliche und Erwachsene mit erhöhter gesundheitlicher Gefährdung infolge einer Grundkrankheit wie zum Beispiel:

chronische Erkrankungen der Lunge (einschließlich Asthma und COPD) und des Herz-Kreislauf-Systems
chronische Leber- oder Nierenerkrankungen
Diabetes mellitus und andere Stoffwechselerkrankungen
Krankheiten der blutbildenden Organe
angeborene oder erworbene Defekte des Immunsystems
Patienten mit funktionsuntüchtiger oder fehlender Milz
vor Beginn einer immunsuppressiven Therapie oder vor einer Organtransplantation
Patienten mit neoplastischen Erkrankungen
bei Krebserkrankungen
bei HIV-Infektionen
nach Knochenmarkstransplantation

Die Pneumokokken-Impfung schützt vor invasiven Infektionen durch Pneumokokken. Zur Kosten-Nutzen-Relation: Eine Forschergruppe der Universität Maastricht um Silvia Evers hat ausgerechnet, wie es um das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Pneumokokken-Vakzination mit einem 23-valenten Polysaccharid-Impfstoff bestellt ist. Als obere Schranke gelten dabei 50.000 Euro pro qualitätsgleichem Lebensjahr (QALY; 1 QALY entspricht, kurz gesagt, einem in völliger Gesundheit verbrachten Lebensjahr). Maßnahmen, die weniger als 50.000 Euro pro QALY kosten, gelten Gesundheitsökonomen als kosteneffizient. Evers' Analyse erstreckte sich auf zehn europäische Länder. Es ergaben sich Kosten-Nutzen-Verhältnisse zwischen 9.239 (Dänemark) und 23.657 Euro pro QALY (Schweden). Deutschland rangiert in diesen Berechnungen mit 17.093 Euro pro QALY im Mittelfeld. In Deutschland wird die Pneumokokken-Impfung für chronisch Kranke (Diabetiker, Asthmatiker, COPD- und Herz-Kreislauf-Kranke) sowie für über 60-Jährige empfohlen.[7]

Eine niederländische Forschergruppe stellte fest, dass trotz guter Wirksamkeit der Impfung in den USA und den Niederlanden zu einer Ausbreitung des Serotyps 19A führt. Dieser bilde häufig Resistenzen gegen die von der Impfung verursachten Immunantwort.[8]

Einzelnachweise

↑ Wilhelm Gemoll: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.
↑ O'Brien et.al. Burden of disease caused by Streptococcus pneumoniae in children younger than 5 years: global estimates. The Lancet, Volume 374, Issue 9693, Pages 893 - 902doi:
↑ Reinert RR.: The antimicrobial resistance profile of Streptococcus pneumoniae. In: Clinical microbiology and infection. 3, 15, S. 7-11. PMID 19366363 .
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↑ Black S, Shinefield H, Fireman B, Lewis E, Ray P, Hansen JR, et al: Efficacy, safety and immunogenicity of heptavalent pneumococcal conjugate vaccine in children. Northern California Kaiser Permanente Vaccine Study Center Group. Pediatr Infect Dis J 2000;19(3):187-95. PMID 12352800
↑ Impfempfehlungen der Ständigen Impfkommission (STIKO), Robert-Koch-Institut, Berlin 2006, PDF, 164 kB
↑ Mehr Nutzen als Kosten, Ärztliche Praxis, 5. August 2008, S. 6
↑ Elske J. M. van Gils, MD; Reinier H. Veenhoven, MD, PhD; Eelko Hak, PhD; Gerwin D. Rodenburg, MD et al. : Pneumococcal Conjugate Vaccination and Nasopharyngeal Acquisition of Pneumococcal Serotype 19A Strains, JAMA. 2010;304(10):1099-1106. doi:10.1001/jama.2010.1290, PMID 20823436

Desoxyribonukleinsäure - DNA

(Weitergeleitet von DNA)

Desoxyribonukleinsäure (Des|oxy|ribo|nukle|in|säure; kurz DNS, englisch DNA) (lat.-fr.-gr. Kunstwort) ist ein in allen Lebewesen und DNA-Viren vorkommendes Biomolekül und die Trägerin der Erbinformation. Sie ist Träger der Gene, welche die Information für die Herstellung der Ribonukleinsäuren (RNA, im Deutschen auch RNS) enthalten. Eine wichtige Gruppe von RNAs, die mRNAs enthält wiederum die Information für den Bau der Proteine, welche für die biologische Entwicklung eines Organismus und den Stoffwechsel in der Zelle notwendig sind. Innerhalb der Protein-codierenden Gene legt die Abfolge der Basen die Abfolge der Aminosäuren des jeweiligen Proteins fest: Im genetischen Code stehen jeweils drei Basen für eine bestimmte Aminosäure.

Im Normalzustand ist DNA in Form einer Doppelhelix organisiert. Chemisch gesehen handelt es sich um Nukleinsäuren, lange Kettenmoleküle (Polymer) die aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden aufgebaut sind. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest, dem Zucker Desoxyribose und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, oft abgekürzt mit A, T, G und C.

In den Zellen von Eukaryoten, zu denen auch Pflanzen, Tiere und Pilze gehören, ist der Großteil der DNA im Zellkern als Chromosomen organisiert, ein kleiner Teil befindet sich in den Mitochondrien („Energiekraftwerke“ der Zelle). Pflanzen und Algen haben außerdem DNA in ihren Chloroplasten, den Photosynthese betreibenden Organellen. Bei Bakterien und Archaeen, den Prokaryoten, die keinen Zellkern besitzen, liegt die DNA im Cytoplasma. Manche Viren, die sogenannten RNA-Viren, haben keine DNA sondern RNA um die genetische Information zu speichern.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird die Desoxyribonukleinsäure überwiegend mit der englischen Abkürzung DNA (deoxyribonucleic acid) bezeichnet; die parallel bestehende deutsche Abkürzung DNS wird hingegen seltener verwendet und ist laut Duden „veraltend“.[1]

Entdeckungsgeschichte

1869 entdeckte der Schweizer Arzt Friedrich Miescher in einem Extrakt aus Eiter eine aus den Zellkernen der Lymphozyten kommende Substanz, die er Nuklein nannte. Miescher arbeitete damals im Labor von Felix Hoppe-Seyler im Tübinger Schloss.[2] Erst 1919 identifizierte Phoebus Levene die Bestandteile der DNA (Base, Zucker und Phosphatrest).[3] Levene schlug eine kettenartige Struktur der DNA vor, in welcher die Nukleotide durch die Phosphatreste zusammengefügt sind und sich stetig wiederholen. 1937 publizierte William Astbury erstmals Röntgenbeugungsmuster, die auf eine repetitive Struktur der DNA hinwiesen.[4]

1943 wies Oswald Avery nach, dass die Transformation von Bakterien, das heisst die Weitergabe erblicher Information von einem Bakterien-Stamm auf einen anderen, auf der Übertragung von DNA beruht.[5] Dies widersprach der damals allgemein favorisierten Annahme, dass nicht die DNA, sondern Proteine die Träger der Erbinformation seien. Unterstützung in seiner Interpretation erhielt Avery 1952, als Alfred Hershey und Martha Chase nachwiesen, dass DNA die Erbinformation des T2-Phagen enthält.[6]

Der strukturelle Aufbau der DNA wurde erstmals 1953 von dem US-Amerikaner James Watson und dem Briten Francis Crick in ihrem berühmten Artikel Molecular structure of nucleic acids. A structure for deoxyribose nucleic acid beschrieben[7]. Watson kam 1951 nach England, nachdem er ein Jahr zuvor an der Indiana University Bloomington in den USA promoviert hatte. Er hatte zwar ein Stipendium für Molekularbiologie bekommen, beschäftigte sich aber vermehrt mit der Frage des menschlichen Erbguts. Crick widmete sich in Cambridge gerade erfolglos seiner Promotion über die Kristallstruktur des Hämoglobinmoleküls, als er 1951 Watson traf.

Zu dieser Zeit war bereits ein erbitterter Wettlauf um die Struktur der DNA entbrannt, an dem sich neben anderen auch Linus Pauling am California Institute of Technology beteiligte. Watson und Crick waren eigentlich anderen Projekten zugeteilt worden und besaßen kein bedeutendes Fachwissen in Chemie. Sie bauten ihre Überlegungen auf den Forschungsergebnissen der anderen Wissenschaftler auf.

Watson sagte, er wolle das Erbgut entschlüsseln, ohne Chemie lernen zu müssen. In einem Gespräch mit dem renommierten Chemiker Erwin Chargaff vergaß Crick wichtige Molekülstrukturen und Watson machte im selben Gespräch unpassende Anmerkungen, die seine Unkenntnis auf dem Gebiet der Chemie verrieten. Chargaff nannte die jungen Kollegen im Anschluss „wissenschaftliche Clowns“.

Watson besuchte Ende 1952 am King's College in London Maurice Wilkins, der ihm DNA-Röntgenaufnahmen von Rosalind Franklin zeigte (was gegen den Willen von Franklin geschah). Watson sah sofort, dass es sich bei dem Molekül um eine Doppel-Helix handeln musste; Franklin selbst hatte aufgrund der Daten auch das Vorhandensein einer Helix vermutet, jedoch hatte sie kein überzeugendes Modell für die Struktur vorzuweisen. Da bekannt war, dass die Purin- und Pyrimidin-Basen Paare bilden, gelang es Watson und Crick, die ganze Molekularstruktur herzuleiten. So entwickelten sie am Cavendish-Laboratorium der Universität Cambridge das Doppelhelix-Modell der DNA mit den Basenpaaren in der Mitte, das am 25. April 1953 in der Zeitschrift Nature publiziert wurde.[8]

Diese denkwürdige Veröffentlichung enthält gegen Ende den Satz „It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material“. (Es ist unserer Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass die spezifische Paarung, die wir als gegeben voraussetzen, unmittelbar auf einen möglichen Vervielfältigungsmechanismus für das Erbgut schließen lässt.)

„Für ihre Entdeckungen über die Molekularstruktur der Nukleinsäuren und ihre Bedeutung für die Informationsübertragung in lebender Substanz“ erhielten Watson und Crick zusammen mit Maurice Wilkins 1962 den Nobelpreis für Medizin.[9]

Rosalind Franklin, deren Röntgenbeugungsdiagramme wesentlich zur Entschlüsselung der DNA-Struktur beigetragen hatten, war zu diesem Zeitpunkt bereits verstorben und konnte daher nicht mehr nominiert werden.

Für weitere geschichtliche Informationen zur Entschlüsselung der Vererbungsvorgänge siehe „Geschichte des Zellkerns“ sowie „Geschichte der Chromosomen“ und „Chromosomentheorie der Vererbung“.

Aufbau und Organisation

Bausteine

Die Desoxyribonukleinsäure ist ein langes Kettenmolekül (Polymer) aus vielen Bausteinen, die man Desoxyribonukleotide oder kurz Nukleotide nennt. Jedes Nukleotid hat drei Bestandteile: Phosphorsäure bzw. Phosphat, den Zucker Desoxyribose sowie eine heterozyklische Nukleobase oder kurz Base. Die Desoxyribose- und Phosphorsäure-Untereinheiten sind bei jedem Nukleotid gleich. Sie bilden das Rückgrat des Moleküls. Einheiten aus Base und Zucker (ohne Phosphat) werden als Nukleoside bezeichnet.

Die Phosphatreste, welche aufgrund ihrer negativen Ladung hydrophil sind, geben der DNA insgesamt eine negative Ladung und machen sie dadurch chemisch zur Säure.

Bei der Base kann es sich um ein Purin, nämlich Adenin (A) oder Guanin (G), oder um ein Pyrimidin, nämlich Thymin (T) oder Cytosin (C), handeln. Da sich die vier verschiedenen Nukleotide nur durch ihre Base unterscheiden, werden die Abkürzungen A, G, T und C auch für die entsprechenden Nukleotide verwendet.

Die fünf Kohlenstoffatome einer Desoxyribose sind von 1' (sprich Eins Strich) bis 5' nummeriert. Am 1'-Ende dieses Zuckers ist die Base gebunden. Am 5'-Ende hängt der Phosphatrest. Genau genommen handelt es sich bei der Desoxyribose um die 2-Desoxyribose; der Name kommt daher, dass im Vergleich zu einem Ribose-Molekül eine alkoholische OH-Gruppe an der 2'-Position fehlt (bzw. durch ein Wasserstoff ersetzt wurde).

An der 3'-Position ist eine OH-Gruppe vorhanden, welche die Desoxyribose über eine sogenannte Phosphodiester-Bindung mit dem 5'-Kohlenstoffatom des Zuckers des nächsten Nukleotids verknüpft (siehe Abbildung). Dadurch besitzt jeder sogenannte Einzelstrang zwei verschiedene Enden: ein 5'- und ein 3'-Ende. DNA-Polymerasen, die in der belebten Welt die Synthese von DNA-Strängen durchführen, können neue Nukleotide nur an die OH-Gruppe am 3'-Ende anfügen, nicht aber am 5'-Ende. Der Einzelstrang wächst also immer von 5' nach 3' (siehe auch DNA-Replikation weiter unten). Dabei wird ein Nukleosidtriphosphat (mit drei Phosphatresten) als neuer Baustein angeliefert, von dem zwei Phosphate in Form von Pyrophosphat abgespalten werden. Der verbleibende Phosphatrest des jeweils neu hinzukommenden Nukleotids wird mit der OH-Gruppe am 3'-Ende des letzten im Strang vorhandenen Nukleotids unter Wasserabspaltung verbunden. Die Abfolge der Basen im Strang kodiert die genetische Information.

Die Doppelhelix

DNA kommt normalerweise als schraubenförmige Doppelhelix in einer Konformation vor, die „B-DNA“ genannt wird. Zwei der oben beschriebenen Einzelstränge sind dabei aneinandergelagert, und zwar in entgegengesetzter Richtung: An jedem Ende der Doppelhelix hat einer der beiden Einzelstränge sein 3'-Ende, der andere sein 5'-Ende. Durch die Aneinanderlagerung stehen sich in der Mitte der Doppelhelix immer zwei bestimmte Basen gegenüber, sie sind „gepaart“. Die Doppelhelix wird hauptsächlich durch Stapelwechselwirkungen zwischen aufeinander folgenden Basen stabilisiert (und nicht, wie oft behauptet, durch Wasserstoffbrücken).

Es paaren sich immer Adenin und Thymin, die dabei zwei Wasserstoffbrücken ausbilden, oder Cytosin mit Guanin, die über drei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind. Eine Brückenbildung erfolgt zwischen den Molekülpositionen 1=1 sowie 6=6, bei Guanin-Cytosin-Paarungen zusätzlich zwischen 2=2. Da sich immer die gleichen Basen paaren, lässt sich aus der Sequenz der Basen in einem Strang die des anderen Strangs ableiten, die Sequenzen sind komplementär (siehe auch: Basenpaar). Dabei sind die Wasserstoffbrücken fast ausschließlich für die Spezifität der Paarung verantwortlich, nicht aber für die Stabilität der Doppelhelix.

Da stets ein Purin mit einem Pyrimidin kombiniert wird, ist der Abstand zwischen den Strängen überall gleich, es entsteht eine regelmäßige Struktur. Die ganze Helix hat einen Durchmesser von ungefähr 2 Nanometern (nm) und windet sich mit jedem Zuckermolekül um 0,34 nm weiter.

Die Ebenen der Zuckermoleküle stehen in einem Winkel von 36° zueinander, und eine vollständige Drehung wird folglich nach 10 Basen (360°) und 3,4 nm erreicht. DNA-Moleküle können sehr groß werden. Beispielsweise enthält das größte menschliche Chromosom 247 Millionen Basenpaare.[10]

Beim Umeinanderwinden der beiden Einzelstränge verbleiben seitliche Lücken, so dass hier die Basen direkt an der Oberfläche liegen. Von diesen Furchen gibt es zwei, die sich um die Doppelhelix herumwinden (siehe Abbildungen und Animation am Artikelanfang). Die „große Furche“ ist 2,2 nm breit, die „kleine Furche“ nur 1,2 nm.[11]

Entsprechend sind die Basen in der großen Furche besser zugänglich. Proteine, die sequenzspezifisch an die DNA binden, wie zum Beispiel Transkriptionsfaktoren, binden daher meist an der großen Furche[12].

Auch manche DNA-Farbstoffe, wie zum Beispiel DAPI, lagern sich an einer Furche an.

Die kumulierte Bindungsenergie zwischen den beiden Einzelsträngen hält diese zusammen. Kovalente Bindungen sind hier nicht vorhanden, die DNA-Doppelhelix besteht also nicht aus einem Molekül, sondern aus zweien. Dadurch können die beiden Stränge in biologischen Prozessen zeitweise getrennt werden.

Neben der eben beschriebenen B-DNA existieren auch eine „A-Form“ sowie eine 1979 von Alexander Rich und seinen Kollegen am MIT erstmals auch untersuchte, linkshändige, sogenannte „Z-DNA“. Diese tritt besonders in G-C-reichen Abschnitten auf. Erst 2005 wurde über eine Kristallstruktur berichtet, welche Z-DNA direkt in einer Verbindung mit B-DNA zeigt und so Hinweise auf eine biologische Aktivität von Z-DNA liefert[13]. Die folgende Tabelle und die daneben stehende Abbildung zeigen die Unterschiede der drei Formen im direkten Vergleich.

Strukturinformationen der drei DNA-Formen, die biologisch relevant sein könnten
(B-DNA ist die in der belebten Natur häufigste Form)

Strukturmerkmal	A-DNA	B-DNA	Z-DNA
helikaler Drehsinn	rechts	rechts	links
Durchmesser	~2,6 nm	~2,0 nm	~1,8 nm
Basenpaare pro helikale Windung	11.6	10.0	12 (6 Dimere)
Helikale Windung je Basenpaar (twist)	31°	36°	60° (pro Dimer)
Ganghöhe (Anstieg pro Windung)	3,4 nm	3,4 nm	4,4 nm
Anstieg pro Base	0,29 nm	0,34 nm	0,74 nm (pro Dimer)
Neigungswinkel der Basenpaare zur Achse	20°	6°	7°
Große Furche	eng und tief	breit und tief	flach
Kleine Furche	breit und flach	eng und tief	eng und tief
Zuckerkonformation	C3'-endo	C2'-endo	Pyrimidine: C2'-endo Purine: C3'-endo
Glykosidische Bindung	anti	anti	Pyrimidine: anti Purine: syn

Die Stapel der Basenpaare (base stackings) liegen nicht wie Bücher exakt parallel aufeinander, sondern bilden Keile, die die Helix in die eine oder andere Richtung neigen. Den größten Keil bilden Adenosine, die mit Thymidinen des anderen Stranges gepaart sind. Folglich bildet eine Serie von AT-Paaren einen Bogen in der Helix. Wenn solche Serien in kurzen Abständen aufeinander folgen, nimmt das DNA-Molekül eine gebogene bzw. eine gekrümmte Struktur an, welche stabil ist. Dies wird auch Sequenz-induzierte Beugung genannt, da die Beugung auch von Proteinen hervorgerufen werden kann (die sogenannte Protein-induzierte Beugung). Sequenzinduzierte Beugung findet man häufig an wichtigen Stellen im Genom.

Chromatin und Chromosomen

Organisiert ist die DNA in der eukaryotischen Zelle in Form von Chromatinfäden, genannt Chromosomen, die im Zellkern liegen. Ein einzelnes Chromosom enthält jeweils einen langen, kontinuierlichen DNA-Doppelstrang. Da ein solcher DNA-Faden mehrere Zentimeter lang sein kann, ein Zellkern aber nur wenige Mikrometer Durchmesser hat, muss die DNA zusätzlich komprimiert bzw. „gepackt“ werden. Dies geschieht bei Eukaryoten mit sogenannten Chromatinproteinen, von denen besonders die basischen Histone zu erwähnen sind. Sie bilden die Nukleosomen, um die die DNA auf der niedrigsten Verpackungsebene herumgewickelt wird. Während der Kernteilung (Mitose) wird jedes Chromosom zu einer kompakten Form kondensiert. Dadurch werden sie lichtmikroskopisch bereits bei geringer Vergrößerung sichtbar.

Bakterielle und virale DNA

In prokaryotischen Zellen liegt die doppelsträngige DNA in den bisher dokumentierten Fällen mehrheitlich nicht als lineare Stränge mit jeweils einem Anfang und einem Ende vor, sondern als zirkuläre Moleküle – jedes Molekül (d.h. jeder DNA-Strang) schließt sich mit seinem 3'- und seinem 5'-Ende zum Kreis. Diese zwei ringförmigen, geschlossenen DNA-Moleküle werden je nach Länge der Sequenz als Bakterienchromosom oder Plasmid bezeichnet. Sie befinden sich bei Bakterien auch nicht in einem Zellkern, sondern liegen frei im Plasma vor. Die Prokaryoten-DNA wird mit Hilfe von Enzymen (zum Beispiel Topoisomerasen und Gyrasen) zu einfachen „Supercoils“ aufgewickelt, die einer geringelten Telefonschnur ähneln. Indem die Helices noch um sich selbst gedreht werden, sinkt der Platzbedarf für die Erbinformation. In den Bakterien sorgen Topoisomerasen dafür, dass durch ständiges Schneiden und Wiederverknüpfen der DNA der verdrillte Doppelstrang an einer gewünschten Stelle entwunden wird (Voraussetzung für Transkription und Replikation). Viren enthalten je nach Typ als Erbinformation entweder DNA oder RNA. Sowohl bei den DNA- wie den RNA-Viren wird die Nukleinsäure durch eine Protein-Hülle geschützt.

Chemische und physikalische Eigenschaften der DNA-Doppelhelix

Die DNA ist bei neutralem pH-Wert ein negativ geladenes Molekül, wobei die negativen Ladungen auf den Phosphaten im Rückgrat der Stränge sitzen. Zwar sind zwei der drei sauren OH-Gruppen der Phosphate mit den jeweils benachbarten Desoxyribosen verestert, die dritte ist jedoch noch vorhanden und gibt bei neutralem pH-Wert ein Proton ab, was die negative Ladung bewirkt. Diese Eigenschaft macht man sich bei der Agarose-Gelelektrophorese zu Nutze, um verschiedene DNA-Stränge nach ihrer Länge aufzutrennen. Einige physikalische Eigenschaften wie die freie Energie und der Schmelzpunkt der DNA hängen direkt mit dem GC-Gehalt zusammen, sind also sequenzabhängig.

Stapelwechselwirkungen

Für die Stabilität der Doppelhelix sind hauptsächlich zwei Faktoren verantwortlich: die Basenpaarung zwischen komplementären Basen sowie Stapelwechselwirkungen (stacking interactions) zwischen aufeinanderfolgenden Basen.

Anders als zunächst angenommen[7], ist der Energiegewinn durch Wasserstoffbrückenbindungen vernachlässigbar, da die Basen mit dem umgebenden Wasser ähnlich gute Wasserstoffbrückenbindungen eingehen können. Die Wasserstoffbrücken eines GC-Basenpaares tragen nur minimal zur Stabilität der Doppelhelix bei, während diejenigen eines AT-Basenpaares sogar destabilisierend wirken[14]. Stapelwechselwirkungen hingegen wirken nur in der Doppelhelix zwischen aufeinanderfolgenden Basenpaaren: Zwischen den aromatischen Ringsystemen der heterozyklischen Basen entsteht eine dipol-induzierte Dipol-Wechselwirkung, welche energetisch günstig ist. Somit ist die Bildung des ersten Basenpaares aufgrund des geringen Energiegewinnes und des -verlustes recht ungünstig, jedoch die Elongation (Verlängerung) der Helix ist energetisch günstig, da die Basenpaarstapelung unter Energiegewinn verläuft. [15]

Die Stapelwechselwirkungen sind jedoch sequenzabhängig und energetisch am günstigsten für gestapelte GC-GC, weniger günstig für gestapelte AT-AT. Die Unterschiede in den Stapelwechselwirkungen erklären hauptsächlich, warum GC-reiche DNA-Abschnitte thermodynamisch stabiler sind als AT-reiche, während Wasserstoffbrückenbildung eine untergeordnete Rolle spielt.[14]

Schmelzpunkt

Der Schmelzpunkt der DNA ist die Temperatur, bei der die Bindungskräfte zwischen den beiden Einzelsträngen überwunden werden und diese sich voneinander trennen. Dies wird auch als denaturieren bezeichnet.

Solange die DNA in einem kooperativen Übergang denaturiert (der sich in einem enggefassten Temperaturbereich vollzieht), bezeichnet der Schmelzpunkt die Temperatur, bei der die Hälfte der Doppelstränge in Einzelstränge denaturiert ist. Von dieser Definition sind die korrekten Bezeichnungen „midpoint of transition temperature“ bzw. Mittelpunktstemperatur abgeleitet.

Der Schmelzpunkt hängt von der jeweiligen Basensequenz in der Helix ab. Er steigt, wenn in ihr mehr GC-Basenpaare liegen, da diese entropisch günstiger sind als AT-Basenpaare. Das liegt nicht so sehr an der unterschiedlichen Zahl der Wasserstoffbrücken, welche die beiden Paare ausbilden, sondern viel mehr an den unterschiedlichen Stapelwechselwirkungen (stacking interactions). Die stacking-Energie zweier Basenpaare ist viel kleiner, wenn eines der beiden Paare ein AT-Basenpaar ist. GC-Stapel dagegen sind energetisch günstiger und stabilisieren die Doppelhelix stärker. Das Verhältnis der GC-Basenpaare zur Gesamtzahl aller Basenpaare wird durch den GC-Gehalt angegeben.

Da einzelsträngige DNA UV-Licht etwa 40 % stärker absorbiert als doppelsträngige, lässt sich die Übergangstemperatur in einem Photometer gut bestimmen.

Wenn die Temperatur der Lösung unter Tm zurückfällt, können sich die Einzelstränge wieder aneinanderlagern. Dieser Vorgang heißt Renaturierung oder Hybridisierung. Das Wechselspiel von De- und Renaturierung wird bei vielen biotechnologischen Verfahren ausgenutzt, zum Beispiel bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), bei Southern Blots und der In-situ-Hybridisierung.

Kreuzförmige DNA an Palindromen

Ein Palindrom ist eine Folge von Nukleotiden, bei denen sich die beiden komplementären Stränge jeweils von rechts genauso lesen lassen wie von links.

Unter natürlichen Bedingungen (bei hoher Drehspannung der DNA) oder künstlich im Reagenzglas kann sich diese lineare Helix als Kreuzform (cruciform) herausbilden, indem zwei Zweige entstehen, die aus dem linearen Doppelstrang herausragen. Die Zweige stellen jeweils für sich eine Helix dar, allerdings bleiben am Ende eines Zweiges mindestens drei Nukleotide ungepaart. Beim Übergang von der Kreuzform in die lineare Helix bleibt die Basenpaarung wegen der Biegungsfähigkeit des Phosphodiester-Zucker-Rückgrates erhalten.

Die spontane Zusammenlagerung von komplementären Basen zu sog. Stamm-Schleifen-Strukturen wird häufig auch bei Einzelstrang-DNA oder -RNA beobachtet.

Genetischer Informationsgehalt und Transkription

DNA-Moleküle spielen als Informationsträger und „Andockstelle“ eine wichtige Rolle für Enzyme, die für die Transkription zuständig sind. Weiterhin ist die Information bestimmter DNA-Abschnitte, wie sie etwa in operativen Einheiten wie dem Operon vorliegt, wichtig für Regulationsprozesse innerhalb der Zelle.

Bestimmte Abschnitte der DNA, die sogenannten Gene, kodieren für genetische Informationen, die Aufbau und Organisation des Organismus beeinflussen. Gene enthalten „Baupläne“ für Proteine oder Moleküle, die bei der Proteinsynthese oder der Regulation des Stoffwechsels einer Zelle beteiligt sind. Die Reihenfolge der Basen bestimmt dabei die genetische Information. Diese Basensequenz kann mittels Sequenzierung zum Beispiel über die Sanger-Methode ermittelt werden.

Die Basenabfolge (Basensequenz) eines Genabschnitts der DNA wird zunächst durch die Transkription in die komplementäre Basensequenz eines sogenannten Ribonukleinsäure-Moleküls überschrieben (abgekürzt RNA). RNA enthält im Unterschied zu DNA den Zucker Ribose anstelle von Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin, der Informationsgehalt ist aber derselbe. Für die Proteinsynthese werden sogenannte mRNAs verwendet, einsträngige RNA-Moleküle, die aus dem Zellkern ins Zytoplasma hinaustransportiert werden, wo die Proteinsynthese stattfindet (siehe Proteinbiosynthese).

Nach der sog. „Ein-Gen-Ein-Protein-Hypothese“ wird von einem kodierenden Abschnitt auf der DNA die Sequenz jeweils eines Proteinmoleküls abgelesen. Es gibt aber Regionen der DNA, die durch Verwendung unterschiedlicher Leseraster bei der Transkription jeweils mehrere Proteine kodieren. Außerdem können durch alternatives Splicing (nachträgliches Schneiden der mRNA) verschiedene Isoformen eines Proteins hergestellt werden.

Neben der kodierenden DNA (den Genen) gibt es nichtkodierende DNA, die etwa beim Menschen über 90 % der gesamten DNA einer Zelle ausmacht.

Die Speicherkapazität der DNA konnte bisher nicht technisch nachgebildet werden. 1 Gramm getrockneter DNA enthält den Informationsgehalt von 1 Billion Compact Discs (CD). Mit der Informationsdichte in einem Teelöffel getrockneter DNA könnte die aktuelle Weltbevölkerung etwa 350 Mal nachgebaut werden.[16]

DNA-Replikation

Die DNA kann sich nach dem sog. semikonservativen Prinzip mit Hilfe von Enzymen selbst verdoppeln (replizieren). Die doppelsträngige Helix wird durch das Enzym Helikase aufgetrennt. Die entstehenden Einzelstränge dienen als Matrize (Vorlage) für den jeweils zu synthetisierenden komplementären Gegenstrang, der sich an sie anlagert.

Die DNA-Synthese, d. h. die Bindung der zu verknüpfenden Nukleotide, wird durch Enzyme aus der Gruppe der DNA-Polymerasen vollzogen. Ein zu verknüpfendes Nukleotid muss in der Triphosphat-Verbindung – also als Desoxyribonukleosidtriphosphat – vorliegen. Durch Abspaltung zweier Phosphatteile wird die für den Bindungsvorgang benötigte Energie frei.

Das Enzym Helikase bildet eine Replikationsgabel, zwei auseinander laufende DNA-Einzelstränge. In ihrem Bereich markiert ein RNA-Primer, der durch das Enzym Primase synthetisiert wird, den Startpunkt der DNA-Neusynthese. An dieses RNA-Molekül hängt die DNA-Polymerase nacheinander Nukleotide, die denen der DNA-Einzelstränge komplementär sind.

Die Verknüpfung der neuen Nukleotide zu einem komplementären DNA-Einzelstrang kann an den beiden alten Strängen nur in 5'→3' Richtung verlaufen und tut das demzufolge ohne Unterbrechung den alten 3'→5'-Strang entlang in Richtung der sich immer weiter öffnenden Replikationsgabel.

Die Synthese des neuen Stranges am alten 5'→3'-Strang dagegen kann nicht kontinuierlich auf die Replikationsgabel zu, sondern nur von dieser weg ebenfalls in 5'→3'-Richtung erfolgen. Der alte Doppelstrang ist aber zu Beginn der Replikation nur ein Stück weit geöffnet, so dass an dem zweiten Strang – in „unpassender“ Gegenrichtung – immer nur ein kurzes Stück neuer komplementärer DNA entstehen kann.

Da dabei eine DNA-Polymerase jeweils nur etwa 1000 Nukleotide verknüpft, ist es nötig, den gesamten komplementären Strang in einzelnen Stücken zu synthetisieren. Wenn sich die Replikationsgabel etwas weiter geöffnet hat, lagert sich daher ein neuer RNA-Primer wieder direkt an der Gabelungsstelle an den zweiten Einzelstrang an und initiiert die nächste DNA-Polymerase.

Bei der Synthese des 3'→5'-Stranges wird deshalb pro DNA-Syntheseeinheit jeweils ein neuer RNA-Primer benötigt. Primer und zugehörige Syntheseeinheit bezeichnet man als Okazaki-Fragment. Die für den Replikations-Start benötigten RNA-Primer werden anschließend enzymatisch abgebaut. Dadurch entstehen Lücken im neuen DNA-Strang, die durch spezielle DNA-Polymerasen mit DNA-Nukleotiden aufgefüllt werden.

Zum Abschluss verknüpft das Enzym Ligase die noch nicht miteinander verbundenen neuen DNA-Abschnitte zu einem einzigen Strang.

Mutationen und andere DNA-Schäden

Mutationen von DNA-Abschnitten – zum Beispiel Austausch von Basen gegen andere oder Änderungen in der Basensequenz – führen zu Veränderungen des Erbgutes, die zum Teil tödlich (letal) für den betroffenen Organismus sein können.

In seltenen Fällen sind solche Mutationen aber auch von Vorteil; sie bilden dann den Ausgangspunkt für die Veränderung von Lebewesen im Rahmen der Evolution. Mittels der Rekombination bei der geschlechtlichen Fortpflanzung wird diese Veränderung der DNA sogar zu einem entscheidenden Faktor bei der Evolution: Die eukaryotische Zelle besitzt in der Regel mehrere Chromosomensätze, d. h., ein DNA-Doppelstrang liegt mindestens zwei Mal vor. Durch wechselseitigen Austausch von Teilen dieser DNA-Stränge, dem Crossing-over bei der Meiose, können so neue Eigenschaften entstehen.

DNA-Moleküle können durch verschiedene Einflüsse beschädigt werden. Ionisierende Strahlung, wie zum Beispiel UV- oder γ-Strahlung, Alkylierung sowie Oxidation können die DNA-Basen chemisch verändern oder zum Strangbruch führen. Diese chemischen Änderungen beeinträchtigen unter Umständen die Paarungseigenschaften der betroffenen Basen. Viele der Mutationen während der Replikation kommen so zustande.

Einige häufige DNA-Schäden sind:

die Bildung von Uracil aus Cytosin unter spontanem Verlust einer Aminogruppe durch Hydrolyse: Uracil ist wie Thymin komplementär zu Adenin.
Thymin-Thymin-Dimerschäden verursacht durch photochemische Reaktion zweier aufeinander folgender Thyminbasen im DNA-Strang durch UV-Strahlung, zum Beispiel aus Sonnenlicht. Diese Schäden sind wahrscheinlich eine wesentliche Ursache für die Entstehung von Hautkrebs.
die Entstehung von 8-oxo-Guanin durch Oxidation von Guanin: 8-oxo-Guanin ist sowohl zu Cytosin als auch zu Adenin komplementär. Während der Replikation können beide Basen gegenüber 8-oxo-Guanin eingebaut werden.

Aufgrund ihrer mutagenen Eigenschaften und ihres häufigen Auftretens (Schätzungen belaufen sich auf 104-106 neue Schäden pro Zelle und Tag) müssen DNA-Schäden rechtzeitig aus dem Genom entfernt werden. Zellen verfügen dafür über ein effizientes DNA-Reparatursystem. Es beseitigt Schäden mit Hilfe folgender Strategien:

Direkte Schadensreversion: Ein Enzym macht die chemische Änderung an der DNA-Base rückgängig.
Basenexcisionsreparatur: Die fehlerhafte Base, zum Beispiel 8-oxo-Guanin, wird aus dem Genom ausgeschnitten. Die entstandene freie Stelle wird anhand der Information im Gegenstrang neu synthetisiert.
Nukleotidexcisionsreparatur: Ein größerer Teilstrang, der den Schaden enthält, wird aus dem Genom ausgeschnitten. Dieser wird anhand der Information im Gegenstrang neu synthetisiert.
Homologe Rekombination: Sind beide DNA-Stränge beschädigt, wird die genetische Information aus dem zweiten Chromosom des homologen Chromosomenpaars für die Reparatur verwendet.
Replikation mit speziellen Polymerasen: DNA-Polymerase η kann zum Beispiel fehlerfrei über einen TT-Dimerschaden replizieren. Menschen, bei denen Polymerase η nicht oder nur eingeschränkt funktioniert, leiden häufig an Xeroderma Pigmentosum, einer Erbkrankheit, die zu extremer Sonnenlichtempfindlichkeit führt.

Literatur

Chris R. Calladine unter anderem: DNA – Das Molekül und seine Funktionsweise. 3. Aufl., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2005, ISBN 3-8274-1605-1
Terence A. Brown: Moderne Genetik. 2. Aufl., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1999, ISBN 3-8274-0306-5
Ernst Peter Fischer: Am Anfang war die Doppelhelix. Ullstein, Berlin 2004, ISBN 3-548-36673-2
Ernst Peter Fischer: Das Genom. Fischer, Frankfurt M. 2002, ISBN 3-596-15362-X
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James D. Watson: Gene, Girls und Gamov. Piper, München 2003, ISBN 3-492-04428-X
James D. Watson: Am Anfang war die Doppelhelix. Ullstein, Berlin 2003, ISBN 3-550-07566-9
James D. Watson, M. Gilman, J. Witkowski, M. Zoller: Rekombinierte DNA. 2. Aufl., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1993, ISBN 3-86025-072-8
Rolf Knippers: Molekulare Genetik. 9. Aufl., G.Thieme Verlag, Stuttgart 2006, ISBN 3-13-477009-1
Tomas Lindahl: Instability and decay of the primary structure of DNA. In: Nature. Nr. 362, 1993, 709-715, ISSN 0028-0836
W. Wayt Gibbs: Preziosen im DNA-Schrott. In: Spektrum der Wissenschaft. Nr. 2, 2004, 68–75, ISSN 0170-2971
W. Wayt Gibbs: DNA ist nicht alles. In: Spektrum der Wissenschaft. Nr. 3, 2004, 68–75, ISSN 0170-2971
Hans-Jürgen Quadbeck-Seeger: Die Struktur der DNA – ein Modell-Projekt. Chemie in unserer Zeit, 42 (2008), 292-294

Einzelnachweise

↑ Duden. Die deutsche Rechtschreibung. 24. Aufl., Mannheim 2006
↑ Hubert Mania: Ein Opfer der wissenschaftlichen Vorurteile seiner Zeit. Die DNS wurde bereits 1869 im Tübinger Renaissanceschloss entdeckt. Telepolis. 17. April 2004.
↑ Levene P: The structure of yeast nucleic acid. In: J Biol Chem. 40, Nr. 2, 1919, S. 415–24.
↑ Astbury W: Nucleic acid. In: Symp. SOC. Exp. Bbl. 1, Nr. 66, 1947.
↑ Avery O, MacLeod C, McCarty M: Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. In: J Exp Med. 79, Nr. 2, 1944, S. 137–158.
↑ Hershey A, Chase M: Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. In: J Gen Physiol. 36, Nr. 1, 1952, S. 39–56. PMID 12981234 .
↑ a b Watson, J.D. & Crick F.H. (1953): Molecular structure of nucleic acids. A structure for deoxyribose nucleic acid. In: Nature. Bd. 171, Nr. 4356, S. 737–738. PMID 13054692 , http://www.xxx
↑ Katharina Kramer: Dem Leben auf der Spur. GEO kompakt Nr. 7 (2006)
↑ Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung
↑ www.xxx, Homo sapiens. Datenbankstand von September 2006. (Website auf Englisch)[1]
↑ Wing R, Drew H, Takano T, Broka C, Tanaka S, Itakura K, Dickerson R: Crystal structure analysis of a complete turn of B-DNA. In: Nature. 287, Nr. 5784, 1980, S. 755–758. PMID 7432492 .
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↑ Ha SC, Lowenhaupt K, Rich A, Kim YG, Kim KK: Crystal structure of a junction between B-DNA and Z-DNA reveals two extruded bases. In: Nature. 437, 2005, S. 1183–1186. PMID 16237447
↑ a b Peter Yakovchuk, Ekaterina Protozanova and Maxim D. Frank-Kamenetskii. Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix. Nucleic Acids Research 2006 34(2):564-574; doi:10.1093/nar/gkj454 PMID 16449200
↑ Steger, G., Hrsg. (2003). Bioinformatik: Methoden zur Vorhersage von RNA- und Proteinstrukturen. Birkhäuser Verlag, Basel, Boston, Berlin.
↑ Leonard M. Adelmann: „Rechnen mit der DNA“. Spectrum der Wissenschaft, November 1998, S.77

Waldemar Haffkine

(Weitergeleitet von Waldemar Mordecai Haffkine)

Waldemar Mordecai Haffkine (* 15. März 1860 in Priluki (Ukraine); † 25. Oktober 1930 in Lausanne) war ein Bakteriologe.

Haffkine studierte in Odessa Medizin, promovierte 1884 und fand dann eine Anstellung im Zoologischen Museum der Universität. Nach einigen Aufsätzen zur Physiologie ging Haffkine erst nach Basel um unter Ugo Schiff, dann nach Paris, um unter Louis Pasteur zu arbeiten.

Im Jahre 1893 ging er nach Indien wo er 45.000 Menschen gegen Cholera impfte. Er reduzierte die Todesrate dadurch um 70 %.

Von 1895 an arbeitete Haffkine als erster mit einer Schutzimpfung gegen Cholera und Pest, bei der abgetötete Erreger genutzt wurden. Von 1899 bis 1905 leitete Haffkine dann das nach ihm benannte Haffkine-Institut , ein auf dem Gebiet der Pestilenz-Bakteriologie tätiges Laboratorium in Bombay (Indien). Ebenfalls ihm zu Ehren ist die Gattung Khawkinea benannt.

Waldemar Haffkine

Waldemar Mordecai Wolff Haffkine, CIE (Russian: Мордехай-Вольф Хавкин) (15 March 1860, Odessa,[1] Russian Empire - 26 October 1930, Lausanne, Switzerland) was a Russian Jewish bacteriologist, whose career was blighted in Russia because "he refused to convert to Russian Orthodoxy."[2] He emigrated and worked at the Pasteur Institute in Paris, where he developed an anti-cholera vaccine that he tried out successfully in India. He is recognized as the first microbiologist who developed and used vaccines against cholera and bubonic plague. He tested the vaccines on himself. Lord Joseph Lister named him "a saviour of humanity".

Early years

Born Vladimir Aaronovich Havkin (Russian: Владимир (Маркус-Вольф) Аaронович Хавкин), the fourth of five children in a family of a Jewish schoolmaster in Odessa, Russian Empire (now Ukraine), he received his education in Odessa, Berdyansk and St. Petersburg.

For a short time, young Haffkine was a member of Narodnaya Volya, but after the group turned to terrorism against public officials, he broke up with the revolutionary movement. He was also a member of the Jewish League for Self-Defense. Haffkine was injured while defending a Jewish home during a pogrom. As a result of this action he was arrested but later released due to the intervention of Ilya Mechnikov.

Haffkine continued his studies with famous biologist Ilya Mechnikov, but after the assassination of Tsar Alexander II, the government increasingly cracked down on people it considered suspicious, including intelligentsia. Mechnikov left the country for Pasteur Institute in Paris.[2]

In 1888, Haffkine was allowed to emigrate to Switzerland and began his work at the University of Geneva. In 1889 he joined Mechnikov and Louis Pasteur in Paris.

Anti-cholera vaccine

At the time, one of the five great cholera pandemics of the 19th century ravaged Asia and Europe. Even though Robert Koch discovered Vibrio cholerae in 1883, the medical science at that time did not consider it a sole cause of the disease. This view was supported by experiments by several biologists, notably Jaume Ferran i Clua in Spain.

Haffkine focused his research on developing cholera vaccine and produced an attenuated form of the bacterium. Risking his own life, on July 18, 1892, Haffkine performed the first human test on himself and reported his findings on July 30 to the Biological Society. Even though his discovery caused an enthusiastic stir in the press, it was not widely accepted by his senior colleagues, including both Mechnikov and Pasteur, nor by European official medical establishment in France, Germany and Russia.

The scientist decided to move to India where hundreds of thousands died from ongoing epidemics.[2] At first, he was met with deep suspicion and survived an assassination attempt by Islamic extremists during the first year there (1893), but he managed to vaccinate about 25,000 volunteers, most of whom survived.[3] After contracting malaria, Haffkine had to return to France.

In his August 1895 report to Royal College of Physicians in London about the results of his Indian expedition, Haffkine dedicated his successes to Pasteur, who recently had died. In March 1896, against his doctor's advice, Haffkine returned to India and performed 30,000 vaccinations in seven months.

Anti-plague vaccine

"Unlike tetanus or diphtheria, which were quickly neutralized by effective vaccines by the 1920's, the immunological aspects of bubonic plague proved to be much more daunting."[4] In October 1896, an epidemic of bubonic plague struck Bombay (now Mumbai) and the government asked Haffkine to help. He embarked upon the development of a vaccine in a makeshift laboratory in a corridor of Grant Medical College. In three months of persistent work (one of his assistants experienced a nervous breakdown, two others quit), a form for human trials was ready and on January 10, 1897[5] Haffkine tested it on himself. "Haffkine's vaccine used a small amount of the bacteria to produce an immune reaction."[6] After these results were announced to the authorities, volunteers at the Byculla jail were inoculated and survived the epidemics, while seven inmates of the control group died. "Like others of these early vaccines, the Haffkine formulation had nasty side effects, and did not provide complete protection, though it was said to have reduced risk by up to 50 percent."[4][6]

Haffkine's successes in fighting the ongoing epidemics were indisputable, but some officials still insisted on old methods based on sanitarianism: washing homes by fire hose with lime, herding affected and suspected persons into camps and hospitals, and restricting travel.

Even though the official Russia was still unsympathetic to his research, Haffkine's Russian colleagues doctors V.K. Vysokovich and D.K. Zabolotny visited him in Bombay. During the 1898 cholera outbreak in the Russian Empire, the vaccine called "лимфа Хавкина" ("limfa Havkina", Havkin's lymph) saved thousands of lives across the empire.

By the turn of the 20th century, the number of inoculees in India alone reached four million and doctor Haffkine was appointed the Director of the Plague Laboratory in Bombay (now called Haffkine Institute).[2]

Connection with Zionism

In 1898, Haffkine approached Aga Khan III with an offer for Sultan Abdul Hamid II to resettle Jews in Palestine, then a province of the Ottoman Empire: the effort "could be progressively undertaken in the Holy Land", "the land would be obtained by purchase from the Sultan's subjects", "the capital was to be provided by wealthier members of the Jewish community", but the plan was rejected.

Little Dreyfus affair

In 1902, nineteen Punjabi villagers (inoculated from a single bottle of vaccine) died of tetanus. An inquiry commission indicted Haffkine, and he was relieved of his position and returned to England. The report was unofficially known as "Little Dreyfus affair", as a reminder of Haffkine's Jewish background and religion.

The Lister Institute reinvestigated the claim and overruled the verdict: it was discovered that an assistant used a dirty bottle cap without sterilizing it.

In July 1907, a letter published in The Times called the case against Haffkine "distinctly disproven". It was signed by Ronald Ross (Nobel laureate, malaria researcher), R.F.C. Leith (the founder of Birmingham University Institute of Pathology),[7] William R. Smith (President of the Council of the Royal Institute of Public Health), and Simon Flexner (Director of Laboratories at New York Rockefeller Institute), among other medical dignitaries. This led to Haffkine's acquittal.

Late years

Since Haffkine's post in Bombay was already occupied, he moved to Calcutta and worked there until his retirement in 1914. Professor Haffkine returned to France and later moved to Lausanne, where he spent the last years of his life. During his brief visit to the Soviet Union in 1927, he found drastic changes in the country of his birth.

Haffkine received numerous honors and awards. In 1925, the Plague Laboratory in Bombay was renamed the Haffkine Institute. In commemoration of the centennial of his birth, Haffkine Park was planted in Israel in 1960s.

Orthodox Judaism

In his later years, Haffkine returned to Orthodox Jewish practice. In 1916, he wrote A Plea for Orthodoxy . In this article Haffkine advocated

traditional religious observance and decried the lack of such observance among "enlightened" Jews. In 1929 he established the Haffkine Foundation to foster Jewish education in Eastern Europe.

Sources

Edinger, Henry. The Lonely Odyssey of W.M.W. Haffkine, In Jewish Life Volume 41, No. 2 (Spring 1974).
Waksman, Selman A.. The Brilliant and Tragic Life of W.M.W. Haffkine: Bacteriologist, Rutgers University Press (1964).

References

^ Waldemar Haffkine: Pioneer of Cholera Vaccine. EDYTHE LUTZKERAND and CAROL JOCHNOWITZ. American Society for Microbiology
^ a b c d Rats, fleas and men; Anthony Daniels on how the secret of bubonic plague was found. by Anthony Daniels. Sunday Telegraph (London). p. 14. August 25, 2002.
^ Fazal lauds Indo-Russian friendship. The Press Trust of India. December 18, 2002.
^ a b Pestis redux: the initial years of the third bubonic plague pandemic, 1894-1901. Echenberg, Myron. Journal of World History. Pg. 429(21) Vol. 13 No. 2 ISSN: 1045-6007. September 22, 2002.
^ xxx.org
^ a b Facts and ideas from anywhere; The amish, body weight, and exercise; obesity related costs; neurologist, author, master of Pembroke college of Oxford University, and breaker of the 4-minute mile record, Bannister, Roger, Sir; Editorial. Roberts, William Clifford. Baylor University Medical Center Proceedings. Pg. 377(9) Vol. 17 No. 3 ISSN: 0899-8280. July 1, 2004.
^ History. Birmingham University.

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Rattenfloh

(Weitergeleitet von Xenopsylla cheopis)

Der Rattenfloh (Xenopsylla cheopis), auch bekannt als Pestfloh, Indischer Rattenfloh, Tropischer Rattenfloh, gehört zu den Flöhen (Siphonaptera). Früher hieß er Pulex cheopis. Er zeichnet sich wie alle Flöhe durch seine abgeflachte Körperform und das Fehlen von Flügeln aus. Außerdem handelt es sich bei Rattenflöhen um holometabole Insekten, d. h. ihre Entwicklung verläuft über eine Larve und eine Metamorphose zu den ausgewachsenen Tieren.

Merkmale

Die männlichen Rattenflöhe sind 1,4 bis 2 mm, die weiblichen Rattenflöhe 1,9 bis 2,7 mm lang. Im Gegensatz zu Hunde- und Katzenflöhen haben sie am Kopf keine Stachelkämme, können das Hundertfache ihrer Körperlänge springen und sind in der Lage, mehrere Monate ohne Nahrung auszukommen.

Als Wirt dienen dem blutsaugenden Rattenfloh verschiedene Nagetiere, darunter auch die weit verbreiteten Wanderratten und die Hausratten sowie der Mensch. Die Ursprungswirte sind jedoch offensichtlich die in Ägypten beheimateten Nilgrasratten, von denen der Floh auf die Hausratten gewechselt haben soll. [1]

Der Rattenfloh als Krankheitsüberträger

Übertragungsmechanismus

Der Rattenfloh gilt als einer der Hauptüberträger der Pest. Er saugt die Bakterien (Yersinia pestis) mit dem Blut auf. 1914 wurde entdeckt, dass Flöhe, die pestinfiziertes Blut gesaugt hatten, nach einigen Tagen trotz Anstrengung kein Blut mehr aufsaugen konnten: Der Vormagen (proventriculus) war mit verklumpten Bakterien verstopft. Die Anstrengung führt zu einer Erweiterung des Saugwerkzeuges (Oesophagus), durch die eine bedeutende Menge Bakterien rückwärts in den Biss ausgestoßen wird. So gelangen sie in die Blutbahn des Menschen. Die Bakterien sind aber für den Floh nicht tödlich, sondern führen zur Austrocknung bei zu hoher Temperatur und zu niedriger Luftfeuchtigkeit. Damit konnte das plötzliche Ende der Epidemien in Indien bei heißem trockenem Wetter erklärt werden. Diese Untersuchungen und Schlussfolgerungen bezogen sich ausschließlich auf die in Indien damals aufgetretene Beulenpest.[2]

Vektoreffektivität

Wie effektiv bestimmte Floharten bei der Verbreitung der Pest sind, nennt man „Vektoreffektivität“. C. M. Wheeler und J. R. Douglas nannten die Vektoreffektivität ein Produkt aus drei Formen von Potential: 1) Das Infektionspotential, d.h. wie viele Individuen einer Flohpopulation saugen Blut mit Pestbakterien. 2) das infektive Potential, also eine welche Anzahl dieser Flöhe kann selbst eine Pest hervorrufen, weil der Verdauungstrakt blockiert ist. 3) Das Übertragungspotential: Wie oft kann ein einzelner Floh die Infektion übertragen, bevor er selbst stirbt, oder die Blockade aufgelöst wird. Man führte dann den Vektor-Index ein, um die verschiedenen Floharten miteinander in diesem Punkte vergleichen zu können. Die Xenopsylla-Arten wurden zum Maßstab genommen.[3]

1911 entdeckte man, dass es Unterschiede in der Aufnahme von Menschenblut zwischen den Floharten gibt. Die meisten Floharten waren auf bestimmte Wirtstiere festgelegt, die sie bevorzugen. Es stellte sich heraus, dass Xenopsylla cheopis und Ceratopsyllus fasciatus (heute Nosopsyllus fasciatus) Menschenblut akzeptieren.[4] Xenopsylla cheopis ist aber auf tropische Umgebung fixiert und es ist zweifelhaft, dass er in Europa vorgekommen ist.[5] In England ist nur ein Nachweis gelungen (Plymouth). Außerdem erwähnt Rothschild noch Vorkommen bei Schiffsratten in Süditalien und Marseille, wo sie aber rasch wieder verschwanden.

Temperatureinfluss

Dan C. Cavanaugh stellte fest, dass die Temperatur der wichtigste Faktor ist, der das Verdauungssystem des Flohs blockiert.[6] Bei der Prüfung der Umweltparameter bei den jährlich auftretenden Pestwellen wurde ein Zusammenhang der Größe der Flohpopulation mit der Temperatur zwischen 10 °C und 30 °C festgestellt.[7] Cavanaugh entdeckte, dass sich die Bakterienklumpen bei Temperaturen > 27 °C von allein auflösten und zwar durch ein Enzym, das die Fibrine, die die Bakterienklumpen zusammenhalten, zerstört. Damit wurden die Konzentrationen im Floh so verringert, dass sie nicht mehr genügend Bakterien für eine wirksame Ansteckung besaßen. Dieser Effekt war auch schon 1966 im Vietnam-Krieg beobachtet worden. Diese Ergebnisse wurden alle für Xenopsylla cheopis erzielt.

Erregerkonzentration

Bei der Untersuchung infizierter toter Ratten wurde eine Konzentration von > 10 000 bis hin zu 100 Millionen und 1 Milliarde Pestbakterien / Milliliter Blut festgestellt.[8] Bei Menschen kurz vor ihrem Tod (Letalphase) war die Konzentration weit niedriger. Nur wenige hatten eine höhere Konzentration als 10 000 Bakterien/ml Blut.[9] Dieser Unterschied spielt eine Rolle bei der Frage, ob die Pest durch Flohbiss unmittelbar zwischen Menschen übertragen werden kann, denn der Floh nimmt bei einer Mahlzeit insgesamt nicht mehr als 0,5 Mikroliter Blut auf. Deshalb muss das von ihm aufgesaugte Blut zur effektiven Ansteckung mehr als 10 000 Bakterien/ml Blut haben. Daraus ergibt sich wiederum die Notwendigkeit, auf die Ratte als Zwischenwirt zu schließen.

Weitere Krankheiten

Der Rattenfloh gilt außerdem als Überträger des Mäusefleckfiebers. Er scheidet in diesem Fall die Erreger (Rickettsia typhi) mit dem Kot aus. Das Opfer kratzt sich und durch die Stichwunde oder eine andere Verletzung gerät der Erreger in die Blutbahn seines Opfers.

Einzelnachweise

↑ Ilka Lehnen-Beyel: Neue Verdächtige: Brachten ägyptische Wildratten dem Menschen die Pest?
↑ A. W. Bacot und C. J. Martin: „Observations on the Mechanism of the Transmission of Plague by Fleas.“ In: Journal of Hygiene XIII, Plague Supplement III, 1914, S. 423-439.
↑ C. M. Wheeler und J. R. Douglas, „Sylvatic plague studies V, The determination of vector efficienty.“ In: Journal of Infectious Diseases 77, 1945, S. 1-12.
↑ Henriette Chick und C. J. Martin: „The Fleas Common on Rats in Different Parts of the World and the Readiness with wich they Bite Man.“ In: Journal of Hygiene XI, 1, 1911 S. 122-136.
↑ N. Charles Rothschild: „Note on the species of flesas found upon rats, Mus rattus and Mus decumanus, in different parts of the worlds, and on some variations in the proportion of each species in different loclities.“ In: Journal of Hygiene VI, 4, 1906 S. 483-485.
↑ Dan C. Cavanaugh, „Specific effect of Temeperature ubon Transmission of the Plague Bacillus by the Oriental Rat Flea, Xenopsylla cheopis.“ In: The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene 20, 1971 S. 264-273.
↑ Journal of Hygiene VIII, 2, 1908 S. 266-301
↑ Journal of Hygiene VI, 4, 1906 S. 519-523
↑ Journal of Hygiene VI, 4, 1906 S. 524-529

Menschenfloh

Der Menschenfloh (Pulex irritans) ist ein parasitierendes Insekt der Ordnung der Flöhe (Siphonaptera).

Merkmale

Der Menschenfloh ist ca. 1,6 bis 3,2 mm groß und flügellos. Seine stark ausgebildeten Hinterbeine ermöglichen ihm Sprünge bis zu 30 cm hoch und 50 cm weit. Als Außenhaut besitzt er eine sehr widerstandsfähige Schicht aus Chitin, die dunkelrotbraun gefärbt ist.

Wie aus dem Namen schon erkennbar, ist diese Flohart in erster Linie auf den Menschen spezialisiert, d. h. sie hat im Vergleich zu anderen Floharten eine hohe Wirtsspezifität. Allerdings befallen sie gelegentlich auch dem Menschen nahe Tiere, wie Hunde und Katzen.

Vorkommen

Der eigentliche Menschenfloh ist in Mitteleuropa selten geworden. Viel häufiger werden Menschen vom Hundefloh (Ctenocephalides canis) oder Katzenfloh (Ctenocephalides felis) befallen.

Ernährung

Als Nahrung saugen sie Blut, können jedoch auch bis zu einem Jahr ohne eine Mahlzeit auskommen. Für den Stich werden feuchtwarme Regionen am Körper bevorzugt. Ein einziger Floh kann meist zur Nacht in kurzer Zeit den ganzen Körper mit Stichen übersäen. Normalerweise nimmt der Floh pro Tag eine Blutmahlzeit zu sich. Dabei nimmt er wenn möglich oft das Zwanzigfache seines Eigengewichtes auf. Ein Teil des angedauten Blutes wird kurz danach wieder ausgeschieden.

Die Flohstiche sind gelegentlich in einer Reihe angeordnet; man spricht auch von Flohstraße. [1]

Entwicklung

Die Entwicklung des Menschenflohs verläuft über die Stadien Ei, Larve, Puppe und Imago. Ein solcher Zyklus dauert meist von einigen Wochen bis hin zu 8 Monaten.

Eiablage

Die erste Begattung erfolgt etwa 8 bis 24 Stunden nach einer Nahrungsaufnahme. Etwa einen Tag nach der Begattung beginnen die weiblichen Flöhe mit der Eiablage. Ein Weibchen legt pro Tag jeweils etwa 50 Eier, die wahllos auf dem Wirtsorganismus abgelegt werden. Sie sind weich, oval, hell, nur etwa 1/2 mm groß und besitzen keine klebrige Außenhülle, weshalb sie jederzeit vom Wirtskörper abfallen können.

Junglarven

Die Junglarven schlüpfen etwa 2-14 Tage nach der Eiablage und verstecken sich vorzugsweise in Teppichen, auf Fußböden vor allem an den Ecken und den Wandbereichen in der Nähe der Heizung, in Polstermöbeln, Kissen, Matten und Matratzen. Das von einem Floh angedaute und wieder ausgeschiedene Blut dient den 5 mm langen, weißen, fadendünnen Larven als Futter, da sie noch nicht saugen können.

Schadwirkung

Als typische Reaktion eines Flohstiches entstehen beim Menschen kleine Papeln. Diese haben eine rote Färbung, sind meist hart, leicht erhöht und üben einen mehr oder minder starken Juckreiz aus. Durch Aufkratzen dieser Papeln kann es zu Sekundärinfektionen kommen.

Menschenfloh als Krankheitsüberträger

Der Menschenfloh kann beim Blutsaugen gelegentlich auf mechanischem Wege die Erreger des Fleckfiebers und der Beulenpest übertragen. Die Übertragung erfolgt durch den Kontakt der Flohexkremente oder des kontaminierten Flohkörpers (Saugrüssel) mit der Stichwunde. Weiterhin können Menschenflöhe Zwischenwirte für verschiedene Bandwurmarten wie z. B. den Gurkenkernbandwurm (Dipylidium caninum) sein und diese auch übertragen.

Eine Gruppe von Forschern an der Universität Marseille um Didier Raoult vertritt die Ansicht, dass bei Wirtswechsel auch der Menschenfloh neben der Kopflaus (Pediculus humanus capitis) und der Kleiderlaus (Pediculus humanus humanus) als Überträger der Pest in Frage kommt, da alle diese genannten Parasiten Pestbakterien aufnehmen können.[2] [3]

Einzelnachweise

↑ http://www.xxx
↑ D. Raoult et al.: Experimental model to evaluate the human body louse as a vector of plague. The Journal of infectious diseases, Dez. 2006, Nr. 194, Vol. 11, S. 1589-96, PMID: 17083045
↑ D. Raoult et al.: Body lice, yersinia pestis orientalis, and black death. Emerging infectious diseases, Mai 2010, Nr. 16, Vol. 5, S. 892-3, PMID: 20409400

Kleiderlaus

Die Kleiderlaus (Pediculus humanus humanus), auch Körperlaus (Pediculus humanus corporis) genannt, ist eine Unterart der Menschenlaus (Pediculus humanus) und gehört entsprechend zu den Läusen oder Tierläusen. Die andere Unterart ist die Kopflaus (Pediculus humanus capitis).

Taxonomie

Bei diesen Läusen ist noch nicht endgültig geklärt, ob es sich bei der Kleiderlaus (Pediculus humanus humanus) bzw. Körperlaus (Pediculus humanus corporis) und der Kopflaus (Pediculus humanus capitis) um zwei Unterarten handelt oder um zwei verschiedene Arten. Dafür, dass es sich um zwei verschiedene Arten handelt, spricht, dass z.B. beide Läuse einen anderen Lebensraum bevölkern. Dagegen spricht, dass sie untereinander kreuzbar sind.

Merkmale

Die Kleiderlaus ist etwa 4 mm groß und weißlich bis braun gefärbt. Das Weibchen kann bis zu 40 Tage alt werden, wobei sie pro Tag etwa zehn Eier legt. Die Entwicklung bis zum erwachsenen Tier dauert im günstigsten Fall zwei Wochen.

Nach bisherigen Erkenntnissen sind Kleiderläuse vollkommen an den Menschen angepasst und können das Blut anderer Säugetiere nicht vertragen.[1] Völlig keimfrei könnte die Laus nicht überleben, da sie nicht in der Lage ist, das für sie lebenswichtige Vitamin B5 selbst herzustellen, welches ihr von dem Bakterium Candidatus Riesia geliefert wird, symbiontisch in der Kleiderlaus lebend.[2] Andererseits sind Kleiderläuse sehr zäh und können bei 25 °C bis zu vier Tage ohne Futter überleben.

Wie bei anderen hemimetabolen Insekten gibt es keine vollkommene Metamorphose, vielmehr entsprechen die Nymphen der Kleiderlaus weitgehend den erwachsenen Tieren.[1]

Das in sechs Chromosomen enthaltene Genom der Kleiderlaus wurde 2010 von einem multinationalen Team sequenziert. Dabei sind insgesamt 10.773 Gene festgestellt worden, womit die Kleiderlaus das bislang kleinste bekannte Insektengenom besitzt. Nach Ansicht der Forscher spiegle diese Genomgröße den begrenzten Lebensraum und die einfache Ernährung des Parasiten wider.[2][3][4] Bei der Genomerforschung wurden nur wenige Gene identifiziert, die für Lichtempfindlichkeit sorgen, weshalb die Sehfähigkeit der Kleiderlaus stark eingeschränkt ist. Außerdem besitzt sie nicht viele Gene zur Geruchswahrnehmung[1] und hat zudem in der Insektenwelt die kleinste Zahl an entgiftenden Enzymen, mit der die Nahrung unschädlich gemacht werden kann.[2][5]

Geschichte

Die Kleiderlaus ist vermutlich aus der Kopflaus hervorgegangen – ihr geschichtliches Auftreten markiert in etwa den Zeitpunkt, ab dem Menschen regelmäßig Kleidung trugen. Bisherige Genanalysen deuteten auf einen Entstehungszeitraum vor etwa 75.000 Jahren hin.[6] Ein Forscherteam um David Reed von der University of Florida in Gainsville, USA, hat mit molekularbiologischen Untersuchungen (Erbgut-Analysen) nunmehr herausgefunden, dass der Mensch schon vor etwa 5,5 Millionen Jahren von den Vorfahren der Kopf- und Kleiderlaus befallen wurde, dem Zeitpunkt, als sich die Entwicklungslinien von Affen und Mensch trennten. [7][8]

Die Kleiderlaus als Parasit

Die Kleiderlaus ist ein Parasit des Menschen, wohnt bevorzugt zwischen den Haaren oder in der Bekleidung. Sie ist gut an Menschen angepasst und fühlt sich am wohlsten bei menschlicher Körpertemperatur. Die Stiche der Laus lösen eine meist kleine, juckende Schwellung aus. Übertragen wird die Laus durch Körperkontakt oder gemeinsam genutztes Bettzeug und Bekleidung.

Die Kleiderlaus als Krankheitsüberträger

Unter schlechten hygienischen Bedingungen kann die Kleiderlaus an jedem Ort, besonders aber in den Tropen, sowohl das bakterielle Fleckfieber (Flecktyphus, Läusefieber) (Rickettsia prowazekii), wie auch das bakterielle Läuse-Rückfallfieber, (Erreger: verschiedene Borrelien unter anderem Borrelia recurrentis), Tularämie (Erreger: Bakterium Francisella tularensis) und das Wolhynische Fieber (Bartonella quintana) auf den Menschen übertragen. Die Übertragung erfolgt nicht durch den Stich selbst, sondern durch Kontaktinfektion beziehungsweise Schmierinfektion mit den Exkrementen der Laus oder durch zerdrückte Tiere, besonders wenn sie in die Bisswunde oder andere Hautwunden gelangen.

In früheren Zeiten kam es zu regelrechten Epidemien dieser Krankheiten, vor allem in Gegenden mit mangelnder Hygiene und starken Läusebefall, heute sind sie vor allem in den kühleren Gebieten Afrikas, Südamerikas und Asiens verbreitet. Kennzeichnend für diese Krankheiten sind vor allem starke Fieberschübe.

Eine Gruppe von Forschern an der Universität Marseille um Didier Raoult vertritt die Ansicht, dass bei Wirtswechsel auch die Kleiderlaus neben der Kopflaus und dem Menschenfloh (Pulex irritans) als Überträger der Pest in Frage kommt, da alle diese genannten Parasiten Pestbakterien aufnehmen können.

Ein Kleiderlausbefall muss in Deutschland nach dem Infektionsschutzgesetz beim Gesundheitsamt gemeldet werden.

Kleiderlausbekämpfung

Die wichtigste Methode zur Bekämpfung und Vermeidung eines Kleiderlausbefalls ist auf allgemeine Hygiene zu achten. Das bedeutet allgemeine Körperpflege und ein regelmäßiges Wechseln und Säubern der Kleidung, da mit dieser die Kleiderlaus übertragen wird.

Das Bakterium Candidatus Riesia ist in seiner Funktion für die Kleiderlaus ein lebenswichtiger Endosymbiont, eröffnet aber damit zugleich auch einen Ansatzpunkt für eine mögliche antibakterielle Abwehr gegen Kleiderläuse. Da das Genom dieses Bakteriums nach bisherigen Erkenntnissen keine Resistenzgene enthält, könnte es deshalb durch Antibiotika abgetötet werden, was den späteren Tod der Kleiderlaus zur Folge hätte.[1]

Bedeutung für die Forschung

Die Überschaubarkeit des Kleiderlausgenoms und die Tatsache, dass dieses Tier eine extrem kleine Zahl an nahrungsentgiftenden Enzymen besitzt, macht sie nach Ansicht der Forscher zum idealen Testorganismus für die wissenschaftlichen Erforschung der Resistenz von Insekten gegen Insektizide.[3]

Einzelnachweise

↑ a b c d http://www.xxx Deutsches Ärzteblatt, 22. Juni 2010: Körperlaus auf fremde Gene angewiesen]
↑ a b c http://www.xxx Bild der Wissenschaft, 22. Juni 2010 – Biologie: Lausiges Genom
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↑ Melissa A. Toups, Andrew Kitchen, Jessica E. Light, David L. Reed: Origin of Clothing Lice Indicates Early Clothing Use by Anatomically Modern Humans in Africa. In: Molecular Biology and Evolution. (Mol Biol Evol) Vol. 28 (2011), Iss. 1, S. 29-32, doi:10.1093/molbev/msq234 , (Volltext online)

CCR5

CCR5 (CC-Motiv-Chemokin-Rezeptor 5, auch CD195, CMKBR5 oder CC-CKR5) ist die Bezeichnung für ein Rezeptorprotein aus der Familie der Chemokinrezeptoren und für eben dieses Rezeptorprotein exprimierende Gen.

Rezeptor

Der Rezeptor CCR5 ist in vielen Zellen des blutbildenden Systems verbreitet, wie beispielsweise Makrophagen, CD4+-Zellen, CD8+-Zellen und NKT-Zellen. CCR5 wird durch seine Liganden CCL3 (MIP-1α), CCL4 (MIP-1β), CCL5 (RANTES) und CCL8 (MCP-2) aktiviert[1] und ist in Entzündungsreaktionen involviert.

Pathologische Bedeutung

Pathologisch spielt der Rezeptor CCR5 als der hauptsächliche Co-Rezeptor eine essenzielle Rolle für das Andocken von HI-Viren, deren Aufnahme in die Zelle und somit dessen Infektion. Daher ist die Entwicklung von Arzneistoffen, welche die Anbindung von HIV an CCR5 hemmen, von großem Interesse und führte beispielsweise zum ersten zugelassenen Entry-Inhibitor Maraviroc. Darüber hinaus wird CCR5 eine Beteiligung an Autoimmunerkrankungen wie multipler Sklerose, rheumatoider Arthritis und Diabetes mellitus vom Typ I zugeschrieben.

Genmutation

Eine Mutation des CCR5 Gens mit der Bezeichnung CCR5Δ32 (CCR5-Delta32), bei der ein 32-Basenpaar-Segment deletiert ist, führt zu einem Frameshift mit einem vorzeitigen Stoppcodon. Das daraus resultierende verkürzte Protein (es fehlen die drei C-terminalen Transmembrandomänen) bleibt im Zytoplasma und wird nicht zur Zelloberfläche transportiert. Dies hat eine Resistenz der Träger gegenüber den meisten HIV-Stämmen zur Folge. Als Ursache des ungewöhnlich gehäuften Auftretens dieser Mutation (10 % bei Europäern) galt zunächst Selektionsdruck durch Seuchen in Nordeuropa vor 700 Jahren. Neuere Untersuchungen deuten jedoch auf ein wesentlich höheres Alter für die ursprüngliche Mutation und den Selektionseffekt. Eine Aussage über den Selektionsfaktor wird damit nahezu unmöglich.[2][3][4][5] Darüber hinaus wird in einer im Januar 2006 im Magazin Journal of Experimental Medicine veröffentlichten Studie die Vermutung aufgestellt, dass die Anfälligkeit für das West-Nil-Virus durch dieselbe Mutation massiv begünstigt wird. Die Vermutung wurde zwei Jahre später durch eine Metaanalyse der Daten des Westnil-Ausbruchs in den USA erhärtet.[6][7]

Einzelnachweise

↑ Murphy PM, Baggiolini M, Charo IF, et al.: International union of pharmacology. XXII. Nomenclature for chemokine receptors. In: Pharmacological Reviews. 52, Nr. 1, März 2000, S. 145–76. PMID 10699158 .
↑ Galvani AP, Slatkin M: Evaluating plague and smallpox as historical selective pressures for the CCR5-Delta 32 HIV-resistance allele. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 100, Nr. 25, Dezember 2003, S. 15276–9. doi:10.1073/pnas.2435085100 . PMID 14645720 . Volltext bei PMC: 299980 .
↑ Biloglav Z, Zgaga L, Smoljanović M, et al.: Historic, demographic, and genetic evidence for increased population frequencies of CCR5Delta32 mutation in Croatian Island isolates after lethal 15th century epidemics. In: Croat. Med. J.. 50, Nr. 1, Februar 2009, S. 34–42. PMID 19260142 . Volltext bei PMC: 2657566 .
↑ Zawicki P, Witas HW: HIV-1 protecting CCR5-Delta32 allele in medieval Poland. In: Infect. Genet. Evol.. 8, Nr. 2, März 2008, S. 146–51. doi:10.1016/j.meegid.2007.11.003 . PMID 18162443 .
↑ Faure E, Royer-Carenzi M: Is the European spatial distribution of the HIV-1-resistant CCR5-Delta32 allele formed by a breakdown of the pathocenosis due to the historical Roman expansion?. In: Infect. Genet. Evol.. 8, Nr. 6, Dezember 2008, S. 864–74. doi:10.1016/j.meegid.2008.08.007 . PMID 18790087 .
↑ W. G. Glass, D. H. McDermott u.a.: CCR5 deficiency increases risk of symptomatic West Nile virus infection. In: The Journal of experimental medicine Band 203, Nummer 1, Januar 2006, S. 35–40. doi:10.1084/jem.20051970 . PMID 16418398 . PMC 211808 .
↑ J. K. Lim, C. Y. Louie u.a.: Genetic deficiency of chemokine receptor CCR5 is a strong risk factor for symptomatic West Nile virus infection: a meta-analysis of 4 cohorts in the US epidemic. In: The Journal of infectious diseases Band 197, Nummer 2, Januar 2008, S. 262–265. doi:10.1086/524691 . PMID 18179388 .

Feodossija

Feodossija (ukrainisch Феодосія; russisch Феодосия, krimtatarisch Kefe; altgriechisch Θεοδοσία; mittelgr. Κάφφας) - auch Theodosia; im Mittelalter Kaffa/Caffa) ist eine Hafenstadt auf der Krim (Ukraine) mit etwa 90.000 Einwohnern (mit eingemeindeten Vororten). Bewohnt wird Feodossija mehrheitlich von ethnischen Russen.

Die Stadt ist ein touristisches Zentrum und ist verwaltungstechnisch neben der eigentlichen Stadt in die 5 Siedlungen städtischen Typs (Koktebel (Коктебель), Kurortne (Курортне), Ordschonikidse (Орджонікідзе), Prymorskyj (Приморський), Schtschebetowka (Щебетовка)) und 11 Dörfer (Berehowe (Берегове), Blyschnje (Ближнє), Wynohradne (Виноградне), Krasnokamjanka (Краснокам'янка), Nanikowe (Нанікове), Nassypne (Насипне), Pidhirne (Підгірне), Pionerske (Піонерське), Sonjatschne (Сонячне), Stepowe (Степове), Juschne (Южне)) unterteilt.

Wahrscheinlich nahm die Schwarzer Tod genannte Seuche im Mittelalter vom damaligen Kaffa aus den europäischen Ursprung, als infizierte Genueser Flüchtlinge diese nach einer mongolischen Belagerung in den Jahren 1346/1347 entlang der Handelswege der Genueser Kolonien verbreiteten.

Geschichte

Antike

Feodossija wurde im 6. Jahrhundert v. Chr. von griechischen Kolonisten aus Milet als Theodosia gegründet und wurde in chronologischer Reihenfolge von folgenden Völkern beherrscht (Griechen, Römer, Goten, Byzantiner, Russen, Mongolen (Goldene Horde), Venezianer, Genueser, Türken, Krimtataren). Die Waräger nutzten die Stadt zur Verschiffung von Sklaven.

Der vordem griechische Stadtstaat Theodisia gehörte ab 355 v. Chr. zum Bosporanischen Reich, ab 107 v. Chr. zum Königreich Pontos. Nach der römischen Zeit ab 63 v. Chr., in der die Stadt zum Regnum Bospori gehörte, einem Vasallenstaat Roms als Nachfolger des Bosporanischen Reiches, wurde Theodosia im 4. Jahrhundert n. Chr. während der Invasion der Hunnen zerstört.

Mittelalter

Im 5. Jahrhundert entstand hier die Alanen-Siedlung Ardabda („Sieben Götter“), die wiederum im 6. Jahrhundert durch die Chasaren zerstört wurde.

Ab 1239 herrschte die Goldene Horde über die Krim. Nachdem sie Mitte des 13. Jahrhunderts vom Khan der Goldenen Horde die Erlaubnis zur Gründung einer Niederlassung bekamen, gründeten die Genueser 1266 eine Kolonie in der Siedlung Kafa, italienisch Caffa, in der Nähe des heutigen Feodossija. 1307 belagerte die Goldene Horde allerdings die genuesische Stadt. Die Italiener widerstanden der Belagerung bis 1308, gaben dann ihre Stadt auf und brannten sie nieder.[1] Nach dem Abzug der Mongolen bauten die Genueser die Stadt wieder auf. Zum Schutz vor weiteren Belagerungen wurden zwei massive, konzentrische Mauern um die Stadt errichtet. Bis zur Mitte des 15. Jahrhunderts hatten die Genueser die Vorherrschaft über Caffa und zum Teil die umliegenden Gebiete und größere Abschnitte der Küste der Krim, die sie trotz wiederholter militärischer Auseinandersetzungen mit den Tatarenherrschern weitgehend bewahren konnten.

Die Stadt bekam in dieser Zeit zunehmende Bedeutung als Umschlagplatz für große Teile des Schwarzmeerhandels, den die Genueser, aber auch Venezianer, muslimische und andere Kaufleute betrieben. Dies belegt auch der Ausbau eines Handelshafens in dieser Zeit. Von Caffa aus wurden jährlich umfangreiche Ladungen an Handelswaren verschiedenster Art ins südliche Schwarze Meer, aber auch nach Westen Richtung Konstantinopel und weiter nach Europa oder das östliche Mittelmeer (Ägypten: Hier war insbesondere der Absatz von Sklaven aus dem Schwarzmeerraum sehr hoch) gebracht. Dieser blühende internationale Handel brach großenteils zusammen, als nach dem Fall Konstantinopels 1453 die Passage des Bosporus als Zugang zum Schwarzen Meer für die christlichen Kaufleute nicht mehr möglich war.

Neuzeit

In der folgenden Zeit gehörte Feodossija / Caffa zum Osmanischen Reich (endgültige Kapitulation 1475, nachdem aber bereits seit 1455 Tribut an den osmanischen Sultan entrichtet werden musste). In osmanischer Zeit hieß die Stadt Kefe. Vom 14. bis zum 17. Jahrhundert beherbergte die Stadt den größten Sklavenmarkt der Krim, einen der größten der gesamten Region. In den Jahren 1616, 1628 und 1667 kam es wiederholt zu Feldzügen Saporoscher Kosaken nach Kefe zur Befreiung christlicher Sklaven.

Im Jahr 1783 erfolgte der Anschluss der Krim an das Russische Reich, und die Stadt Kefe wurde in Anlehnung an den alten griechischen Namen Theodosia in Feodossija umbenannt.

Zweiter Weltkrieg

Nachdem die deutsche Wehrmacht am 3. November 1941 die Stadt erobert hatte, wurde die jüdische Bevölkerung Feodossijas von Angehörigen des Sonderkommandos 10b (SS-Sturmbannführer Alois Persterer) der Einsatzgruppe D unter der Führung von Otto Ohlendorf aufgefordert, sich registrieren zu lassen. Am 1. Dezember 1941 erfolgte dann die „Umsiedlung“, die Internierung in einem Ghetto, der jüdischen und krimtschakischen Einwohner der Stadt. Drei Tage später, am 4. Dezember 1941, wurden große Teile der jüdischen Bevölkerung zusammen mit Krimtschaken, Zigeunern und angeblichen Kommunisten durch das Sonderkommando ermordet, das dabei von den Rückwärtigen Diensten der 11. Armee (Generaloberst Erich von Manstein), insbesondere der Ortskommandantur II 915 und der Feldgendarmerie-Abteilung der Feldkommandantur 810 (Feldgendarmerie-Leutnant Karl Rudolf Pallmannn) aktiv unterstützt wurde.[2][3]

Von den 3.248 Juden, die vor dem deutschen Überfall auf die Sowjetunion in Feodossija lebten, wurden bis Ende 1941 2.000[4] bis 2.500 ermordet[5]. Nach einer Meldung an das Reichssicherheitshauptamt wurden zwischen dem 16. November 1941 und dem 15. Dezember 1941 im Einsatzgebiet der Einsatzgruppe D (die gesamte Krim) insgesamt 17.645 Juden, 2503 Krimtschaken, 824 Zigeuner und 212 angebliche Kommunisten erschossen.[6]

Als im Zuge der Kertsch-Feodossijaer Operation die Stadt kurzzeitig durch die Roten Armee befreit wurde, sorgte die Entdeckung der Massengräber für Übergriffe auf deutsche Soldaten und Kollaborateure. Dabei sollen nach Erkenntnissen der deutschen Wehrmacht-Untersuchungsstelle u.a. etwa 160 zurückgelassene Patienten des dortigen deutschen Hauptlazaretts von Angehörigen der sowjetischen Streitkräfte getötet worden sein.[7] Nach der Rückeroberung der Stadt durch die Wehrmacht wurden Rotarmisten und diejenigen Juden, die sich während der ersten Besetzung hatten verstecken können, dafür verantwortlich gemacht und ermordet.[8][9]

Nachkriegszeit

1954 wurde Feodosija zusammen mit der restlichen Krim von der damaligen Russischen SFSR an die Ukrainische SSR transferiert. Heute gehört die Autonome Republik Krim zur unabhängigen Ukraine.

Im Jahr 1976 wurde mit dem Bau des Kernkraftwerks Krim begonnen, der 1989 unvollendet eingestellt wurde.

Feodossija heute

Feodossija hat heute etwa 75.000 Einwohner, die meisten davon Russen, aber auch Ukrainer und in den letzten Jahren auch wieder einige Krimtataren, die während der 1940er Jahre von Stalin deportiert wurden und nun wieder zurückkehrten. Wie in vielen Städten der östlichen Ukraine dominiert das Russische im Alltag.

Feodossija ist auch ein beliebtes Ziel für Touristen, insbesondere für Reisende aus den Staaten der ehemaligen Sowjetunion. Im Sommer halten sich viele Tausend Touristen in der Stadt auf. Im Winter sind aber viele Cafés und Hotels geschlossen. In der Küstenstadt gibt es zahlreiche Bäder und Wellness-Anlagen, Badestrände und auch ein reges Kulturangebot, das von Kinos bis Kunstgalerien reicht. Während der Sommermonate finden zahlreiche Konzerte und Ausstellungen statt. In der Gegend um Feodossija wird auch Weinbau betrieben.

Auf Grund der krimtatarischen Vergangenheit befinden sich in der Stadt auch einige Moscheen.

Bekannte Sehenswürdigkeiten

Reste einer genuesischen Festung aus dem 14. und 15. Jahrhundert
orthodoxe Kirche aus dem 8. bis 9. Jahrhundert, ältestes Gebäude der Stadt
Museum des russischen Malers Iwan Aiwasowski, der sein Leben in der Stadt verbrachte.
Romanische Kirche aus dem 12. Jahrhundert mit Grab von Iwan Aiwasowski

Persönlichkeiten

Iwan Konstantinowitsch Aiwasowski, Maler
Gawriil Konstantinowitsch Aiwasowski, Orientalist, Bruder des obigen
Lew Felixowitsch Lagorio, Maler
Anton Tschechow, russischer Schriftsteller
Alexander Grin, russischer Schriftsteller
Konstantin Fjodorowitsch Bogajewski, Maler
Maximilian Woloschin, Schriftsteller und Maler
Alexander Iwanowitsch Kasnatschejew, Stadtkommandant um 1830
Tolia Nikiprowetzky, Komponist

Literatur

Michel Balard: Caffa, in: Lexikon des Mittelalters 2, Sp. 1370–1371.
Sergej P. Karpov: La navigazione veneziana nel Mar Nero. XIII – XV sec. Edizioni del Girasole, Ravenna 2000, ISBN 88-7567-359-4.
J. Vincey: Mein Feodossia. Books on Demand GmbH., Norderstedt 2005, ISBN 3-8334-3340-X.

Einzelnachweise

↑ William Bernstein: A Splendid Exchange – How Trade shaped the World, Atlantic Books, London 2009, ISBN 978-1-84354-803-4, S- 130
↑ Enzyklopädie des Holocaust. Die Verfolgung und Ermordung der europäischen Juden. Herausgegeben von Eberhard Jäckel, Peter Longerich, Julius H. Schoeps Argon, Berlin 1993, ISBN 3-87024-300-7, s.v. Krim
↑ Norbert Kurz: Die Krim unter deutscher Herrschaft, 1941–1944. Germanisierungsutopie und Besatzungsrealität. Veröffentlichungen der Forschungsstelle Ludwigsburg der Universität Stuttgart, Band 5. Herausgegeben von Klaus-Michael Mallmann. Darmstadt, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 2005, ISBN 3-534-18813-6, S. 200–201.
↑ Martin Gilbert, The Routledge Atlas of the Holocaust. 2002, S. 64, 83
↑ The Encyclopedia of Jewish Life Before and During the Holocaust. Herausgegeben von Shmuel Spector, Geoffrey Wigoder und Elie Wiesel, NYU Press 2001, ISBN 0-8147-9356-8 s.v. Theodosia
↑ Einsatzgruppe D, Ereignismeldung Nr. 150 vom 2. Januar 1942 zitiert in: Helmut Krausnick, Hans-Heinrich Wilhelm: Die Truppe des Weltanschauungskrieges: Die Einsatzgruppen der Sicherheitspolizei und des SD 1938-1942. Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart 1981, ISBN 3-421-01987-8, S. 424 u. S. 494.
↑ Alfred de Zayas: Die Wehrmacht-Untersuchungsstelle, Universitas Verlag, München, 7., erw. Auflage 2001, Kapitel 19, S. 308-317
↑ Norbert Kurz: Die Krim unter deutscher Herrschaft, 1941–1944. Germanisierungsutopie und Besatzungsrealität. Veröffentlichungen der Forschungsstelle Ludwigsburg der Universität Stuttgart, Band 5. Herausgegeben von Klaus-Michael Mallmann. Darmstadt, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 2005, ISBN 3-534-18813-6, S. 201.
↑ Bericht von Major Teichmann, Ortskommandeur Feodosia an Korück 553 vom 28. Februar 1942 zitiert in: Marcel Stein, Field Marshal Von Manstein, A Portrait. The Janus Head 2007, ISBN 1-906033-02-1, S. 372

Mutterkorn

Das Mutterkorn (auch Purpurroter Hahnenpilz, Ergot, Krähenkorn, Hahnensporn, Hungerkorn, Tollkorn oder Roter Keulenkopf) ist eine längliche, kornähnliche Dauerform (Sklerotium) des Mutterkornpilzes (Claviceps purpurea). Wegen der Toxizität der im Mutterkorn enthaltenen Alkaloide für Mensch und Vieh von Bedeutung ist der Befall von Nahrungs- und Futtergetreide, darunter der wegen seiner offenen Bestäubung und seines Anbaus in Regionen, die für den Mutterkornpilz günstig sind, besonders häufig befallene Roggen, aber auch Weizen, Gerste, Hafer, Dinkel sowie das als Viehfutter genutzte Triticale. Gräser insgesamt sind befallgefährdet.[1]

Die Bezeichnung Mutterkorn fußt auf der früheren Verwendung als Abtreibungsmittel (Wirkung auf die Gebärmutter), da die Inhaltsstoffe Wehen auslösen. Im 17. Jahrhundert wurde die Droge in die Praxis von Heilern oder Badern eingeführt.

Zusammensetzung

Mutterkorn enthält Kohlenhydrate, Öle, Mineralstoffe, Aminosäuren, Farbstoffe und toxische Alkaloide, die Mutterkornalkaloide (bis zu 1 % der Masse des Korns). Mutterkornalkaloide gehören zu den Indolalkaloiden, und ihr Grundbaustein ist das Ergolin. Daraus leiten sich zwei Hauptgruppen ab: Clavinalkaloide und Lysergsäurederivate. Bisher sind über 30 Mutterkornalkaloide bekannt.

Fortpflanzung

Wie die reifen Getreidekörner fallen die Mutterkörner auf den Boden, wo sie eine Winterruhe durchmachen. Erst im Frühjahr wird sichtbar, dass es sich bei ihnen keinesfalls um pflanzliche Gebilde, sondern um von Pilzen hervorgebrachte Körner (Sklerotien) handelt. Aus einem einzigen Sklerotium wachsen dann unmittelbar über dem Erdboden mehrere gestielte Köpfchen mit zahlreichen Perithecien (Fruchtkörper) hervor. Jedes bildet zahlreiche schlauchförmige Zellen, sogenannten Asci (Sing. Ascus) im Inneren. Zum Zeitpunkt der Gräser- und Getreideblüte werden die Ascosporen freigesetzt und mit dem Wind verbreitet. Auf den Narben unbefruchteter Blüten dringen die Keimhyphen in die Fruchtknoten ein (Primärinfektion).

Das sich entwickelnde Myzel löst das Gewebe auf (verhindert so die Samenentwicklung im Ährchen), und bildet zuerst Konidien aus, wobei ein zuckerhaltiger Saft ausgeschieden wird: "Honigtau" (Nebenfruchtform); später reift meist ein neues Sklerotium heran.

Sekundärinfektion: Konidien, asexuell gebildete Pilzsporen (ungeschlechtlich), werden vom Wind und Insekten weiter verbreitet und befallen andere, offen blühende Ähren. Die Bedeutung der Insekten bei der Sekundärinfektion ist recht hoch [2] [3].

Wirkungen

Der Mutterkornpilz produziert giftige Alkaloide (Mutterkornalkaloide, zum Beispiel Ergotamin), die zu der Krankheit Ergotismus (Antoniusfeuer, Mutterkornbrand) führen können, mit Symptomen wie Darmkrämpfen, Halluzinationen und Absterben von Fingern und Zehen aufgrund von Durchblutungsstörungen. 5 bis 10 Gramm frisches Mutterkorn können bei einem Erwachsenen zu Atemlähmungen und Kreislaufversagen führen und tödlich sein. Der Name weist auf die Beziehung zur Gebärmutter (Mutterkorn) hin, denn die Inhaltsstoffe (insbesondere Ergometrin) regen die Wehen an. Aus diesem Grund wurde der Pilz auch für Schwangerschaftabbrüche[4] verwendet und sogar gezielt im großen Stil angebaut. Die Alkaloide können aber auch medizinisch eingesetzt werden, beispielsweise zum Blutstillen nach der Geburt, gegen orthostatische Hypotonie (niedriger Blutdruck und Schwindel nach dem Aufstehen) oder Migräne. Aus dem Pilz kann Lysergsäure gewonnen werden, aus der die Droge LSD hergestellt werden kann. Nach Hofmann und Wasson (1978 The Road to Eleusis) war es allerdings schon 2000 Jahre vor Christus bekannt, dass nur die natürlich vorhandenen psychoaktiven Lysergsäurealkaloide wasserlöslich waren, und damit wurden berauschende Getränke gebraut, die die unerwünschten Effekte der anderen Alkaloide umgehen.

Die Wirkungsweisen der Mutterkorn-Alkaloide im Stoffwechsel von Mensch und Tier sind hochkomplex. Die Vereinigung Getreide-, Markt- und Ernährungsforschung unterteilt die Kontaminationen (bei Getreide in Gewichts-%, bei Mehl in µg Gesamtalkaloide/kg) in folgende Sicherheitsniveaus:[5]

No-toxic-effect-level: Für den Menschen werden bis zu 0,1 mg/kg Körpergewicht als zuträgliche tägliche Maximaldosis genannt. Das entspricht (bei 25 bis 75 kg Körpergewicht): 0,5 bis 1,5% Mutterkorn im Getreide, beziehungsweise 10 000 bis 30 000 µg Gesamtalkaloid/kg Mehl.
Dem gegenüber betrachtet das Bundesinstitut für Risikobewertung bereits Gesamtmutterkornalkaloidmengen von deutlich unter 10.000 µg/kg Mehl als geeignet, Gesundheitsschäden zu verursachen.[6]
No-problem-level: 0,1% beziehungsweise 2 000 µg/kg. Dieser Wert wird in der wissenschaftlichen Literatur weitgehend übereinstimmend angegeben und ist so auch als Grenzwert in der Futtermittel-Verordnung festgelegt.
No-intervention-level (Orientierungs- beziehungsweise Eingriffswert, aber nicht: Höchstwert): In der EU-Verordnung für den Ankauf von Interventionsgetreide wird als Qualitätskriterium ein Wert von maximal 0,05% beziehungsweise 1 000 µg/kg genannt.

Vorbeugung/Beseitigung

In der Landwirtschaft kann einem Mutterkornbefall vorgebeugt werden durch:

Beimischung von Populationsroggen zu Hybrid-Roggen (5 bis 10 %)
Anbau von Sorten mit einer besonders hohen Pollenausschüttung
Mähen der Feldränder vor der Gräserblüte [7]

Mutterkornbefall tritt vor allem dann auf, wenn zur Blütezeit feuchte Witterung herrscht und daher die Pollen zur Befruchtung des Getreides dieses schlecht erreichen können.

Da der Verzehr von ungereinigtem, rohem Getreide die größten Risiken birgt, wird dringend empfohlen, nur zuverlässig gereinigtes Getreide zu verzehren. Durch die Reinigung werden die Sklerotien (Dauerorgane des Pilzes = Mutterkörner) aus dem Erntegut entfernt. Zum Risiko am Beispiel von Roggenmehl hat das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) im Jahr 2004 eine Analyse veröffentlicht.[8]

Mutterkorn kann in der Mühle nach Form, Größe und spezifischem Gewicht z. B. durch Siebe, Aspiration, Trieure und Tischausleser entfernt werden. Neuerdings ist die Entfernung durch Farbausleser möglich. Letztere ist die zuverlässigste Methode, besonders wenn das Mutterkorn nicht größer ist als die Getreidekörner oder in Bruchstücken vorhanden ist. Sie ist jedoch mit hohen Investitionskosten für die Farbauslesegeräte verbunden. Daher besitzen in der Regel nur große Mühlen eine solche Ausstattung. Zusammen mit dem Mutterkorn wird im Reinigungsabgang inbegriffen auch gutes Korn ausgeschieden, bei modernen Farbsortierern befindet sich im Abgang etwa gleich viel Mutterkorn wie gutes Getreide, bei Tischauslesern etwas mehr gutes Korn als Mutterkorn.

Geschichte

Erst 1853 beschrieb der französische Mykologe Louis René Tulasne den kompletten Zyklus des Pilzes Claviceps purpurea.[9] Der Chemiker Albert Hofmann stellte während seiner Forschungsarbeiten zum Mutterkorn erstmals 1938 LSD her, mit der Zielsetzung, ein Kreislaufstimulans zu entwickeln. Im 19. Jahrhundert gehörten Mutterkorn-Massenvergiftungen größtenteils der Vergangenheit an, doch ab und zu gab es auch noch im 20. Jahrhundert Fälle, der letzte, umstrittene, soll [10] 1951 in Pont-Saint-Esprit (Frankreich) aufgetreten sein, mit 200 Erkrankten und 7 Toten. In den Jahren 1926 und 1927 kam es in der Sowjetunion zu Massenvergiftungen – offiziell gab es über 11.000 Tote durch mutterkornhaltiges Brot. Seitdem stellt Mutterkorn in Europa keine Gefahr mehr für die Gesundheit der Menschen dar, wenn kein unzureichend gereinigtes Getreide verzehrt wird. Allerdings stellen die Untersuchungsämter der Bundesländer auch bei Stichproben bisweilen gesundheitsschädliche Alkaloidgehalte in Getreideprodukten fest, z. B. das CVUA Sigmaringen im Jahresbericht 2009, S. 139[11] oder der Landesbetrieb Hessisches Landeslabor im Jahresbericht 2004, S. 39 und 137 [12] und in den Jahresberichten 2006 bis 2009 jeweils unter "Getreide".[13]

Da heute zunehmend ungemahlenes Getreide konsumiert wird, das direkt vom Landwirt kommt, kann es z. B. bei ungereinigtem Roggen aus Direktverkäufen zu Vergiftungen kommen. In Deutschland konnte 1985 eine Vergiftung auf mutterkornhaltiges Müsli zurückgeführt werden [14].

Quellen

↑ TN601 Ergot Cereals SAC Technical Note TN601, ISSN 0142 7695, ISBN 1-85482-885-1, July 2007 - Oxley, S., Lewis, M., Stewart, S.: Ergot disease in Cereals. Abgerufen am 20. Oktober 2011
↑ Butler MD, Alderman SC et al, 2001: Association of insects and ergot (Claviceps purpurea) in Kentucky bluegrass seed production fields
↑ MIELKE, H., 1993: Untersuchungen zur Bekämpfung des Mutterkorns. - Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd./Braunschweig 45, 5/6, 97-102.
↑ Homepage des Museum für Verhütung & Schwangerschaftsabbruch
↑ Mutterkorn im Roggen? , Infothek der Vereinigung Getreide-, Markt- und Ernährungsforschung (GMF), abgerufen am 3. Oktober 2008
↑ Mutterkornalkaloide in Roggenmehl Stellungnahme des BfR vom 22. Januar 2004. Abgerufen am 7. November 2011
↑ Infodienst Landwirtschaft BW
↑ Mutterkornalkaloide in Roggenmehl Stellungnahme des BfR vom 22. Januar 2004. Abgerufen am 7. November 2011
↑ Tulasne, L.-R. Mémoire sur l'ergot des glumacés Ann. Sci. Nat. (Partie Botanique), 20 5-56 (1853)
↑ Bouchet R.-L. Phytoma Défense des cultures num 323 Dezember 1980.
↑ CVUA Sigmaringen, Jahresbericht 2009 Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Sigmaringen: Lebensmittelüberwachung und Umweltschutz - Jahresbericht 2009, veröffentlicht am 25. Oktober 2010. Abgerufen am 6. November 2011
↑ Jahresbericht SUAH 2004 . Abgerufen am 7. November 2011
↑ Download-Seite der LHL-Jahresberichte . Abgerufen am 7. November 2011
↑ Pfänder, H., K. Seiler und A. Ziegler (1985): Morgendliche Müsli-Mahlzeit als Ursache einer chronischen Vergiftung mit Secale-Alkaloiden. Deutsch. Ärztebl. 27: S. 2013-2016

Literatur

Andrea Sinz: Die Bedeutung der Mutterkorn-Alkaloide als Arzneistoffe. Pharmazie in unserer Zeit 37(4), S. 306 - 309 (2008), ISSN 0048-3664
Marlies Buchholz: Anna selbdritt. Eine wirkungsmächtige Heilige. Königstein/Ts. 2005, S. 71-84. ISBN 3-7845-2113-4
Piero Camporesi: Bread of Dreams. Food and Fantasy in Early Modern Europe. Chicago Universitätsverlag, 1989; ISBN 0-226-09258-5
Linda Caporael: „Ergotism: Satan Loosed in Salem?“, Science 192 (1976), 21-26.
John Grant Fuller: The Day of St Anthony’s Fire, New York 1968. deutsch: Apokalypse 51, Bergisch Gladbach 1969
Kay Peter Jankrift: Krankheit und Heilkunst im Mittelalter. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 2003. ISBN 3-534-07659-1
Kay Peter Jankrift: Mit Gott und schwarzer Magie. Medizin im Mittelalter. Konrad Theiss Verlag, Stuttgart, 2005, ISBN 3-8062-1950-8
Mary Allerton Kilbourne Matossian: Poisons of the Past: Molds, Epidemics & History. Yale Universität, 1989. ISBN 0-300-03949-2
Erich Mühle und Klaus Breuel: Das Mutterkorn – ein Gräserparasit als Gift- und Heilpflanze. A. Ziemsen, Wittenberg Lutherstadt, 1977, 2003; ISBN 3-89432-576-3
Peter Schmersahl: Mutterkorn: Halluzinogen und Auslöser von Vergiftungen In: Deutsche Apotheker Zeitung 150, 2010 S. 3216-3220
Homayun Sidky: Witchcraft, Lycanthropy, Drugs, and Disease: an Anthropological Study of the European Witch-Hunts. Peter Lang, New York, 1987, 2004. ISBN 0-8204-3354-3

Mutterkornpilz

Der Mutterkornpilz (Claviceps purpurea) ist ein zu den Mutterkornpilzen (Gattung Claviceps) gehörender Schlauchpilz, der auf Roggen und anderen Süßgräsern wächst und parasitiert. Eine Infektion der Ähren der Gräser ist durch die vom Mutterkornpilz gebildeten purpurfarbenen bis schwarzen Sklerotien, den Mutterkörnern, zu erkennen. Die Bezeichnung Mutterkorn fußt auf der früheren Verwendung als Abtreibungsmittel (Wirkung auf die Gebärmutter), da die Inhaltsstoffe Wehen auslösend sind. Im 17. Jahrhundert wurde die Droge in die Praxis von Heilern oder Badern eingeführt.

Vorkommen

Claviceps purpurea ist insbesondere in Regionen mit gemäßigtem Klima anzutreffen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Vertretern seiner Gattung zeigt Claviceps purpurea nur eine relativ geringe Wirtsspezifität. Neben dem Roggen, der bevorzugten Wirtspflanze, parasitiert der Mutterkornpilz auch auf anderen Getreidearten, einschließlich Triticale, Weizen, Hafer und Gerste, sowie auf Wildgräsern wie der Quecke, Lolch oder Acker-Fuchsschwanzgras. Diese geringe Selektivität ermöglicht dem Pilz das Überleben auf Wildgräsern am Feldrain nach der Getreideernte und eine Neuausbreitung nach der nächsten Aussaat.

Fortpflanzung

Der Mutterkornpilz ist zur geschlechtlichen (sexuellen) und zur ungeschlechtlichen (asexuellen) Vermehrung befähigt. Wie bei allen Schlauchpilzen überwiegt die haploide Phase. Eine diploide Phase spielt nur für kurze Zeit bei der geschlechtlichen Vermehrung eine Rolle.

Primärinfektion (geschlechtlich)

Zur Zeit der Ausreifung fallen die Sklerotien gemeinsam mit den Getreidekörnern zur Erde und überwintern. Im folgenden Frühjahr entwickeln sich aus dem Sklerotium unter Verschmelzung kompatibler Hyphen mehrere gestielte köpfchenartige Fruchtkörper mit zahlreichen diploiden Perithecien. Jedes Perithecium bildet im Inneren zahlreiche schlauchförmige Asci, die unter meiotischen Teilungen jeweils acht haploide Ascosporen produzieren. Zum Zeitpunkt der Gräser- und Getreideblüte werden die Ascosporen freigesetzt und mit dem Wind verbreitet und dringen als Keimhyphen über die Narben unbefruchteter Blüten in die Fruchtknoten ein. Diese Art der Infektion wird auch als Primärinfektion bezeichnet.

Sekundärinfektion (ungeschlechtlich)

Aus dem Myzel des Mutterkornpilzes während des Sphacelia-Stadiums vor der Bildung des Sklerotiums entwickeln sich durch Abschnürung an Hyphen die Konidiosporen. Diese Konidiosporen werden durch das Reiben zwischen den Ähren, über den Regen, über den Wind oder über Insekten, die vom Honigtau, eine vom Mutterkornpilz durch Zersetzung des Getreidesamens gebildete süße Flüssigkeit, angelockt werden, verbreitet. Die Konidiosporen gelangen ähnlich der Ascosporen in den Fruchtkörper der blühenden Gräser. Die Bedeutung der Insekten bei der Sekundärinfektion nimmt dabei einen besonderen Stellenwert ein[3][4].

Bildung des Sklerotiums

Nach einer Infektion der Fruchtkörper blühender Gräser bildet sich aus den Sporen ein Pilzmyzel. Dieses durchwuchert im Sphacelia-Stadium den Fruchtknoten unter Bildung einer weichen weißen Masse. Später tritt daraus unter Zersetzung der Frucht der Honigtau aus. Das Myzel reift schließlich zu einem hornartigen, dunkelpurpurnen bis schwarzen Sklerotium, der Dauerform des Mutterkornpilzes, heran.

Kultivierung

Der Mutterkornpilz kann durch Infektion von Getreidefeldern (parasitische Kultur) oder in vitro kultiviert werden (saprophytische Kultur). Seine Kultivierung dient der Gewinnung der Droge Mutterkorn und der daraus zu gewinnenden Mutterkornalkaloide.

Freilandkultur

Die parasitische Kultur erfolgt durch Beimpfung von Roggen- oder Triticalepflanzen mit einer aus einer In-vitro-Kultur gewonnenen Konidiensuspension mit Hilfe von Impfmaschinen, kurz nachdem die Ähren aus den umgebenden Hüllblättern hervortreten. Nach der Ernte des Getreides können die durch den Mutterkornpilz infizierten Körner maschinell ausgelesen werden. Die Methode der parasitischen Kultur besitzt auf Grund von gesundheitlichen Risiken heute kaum noch eine Bedeutung[5].

In-vitro-Kultur

Zur Gewinnung der vom Mutterkornpilz produzierten Mutterkornalkaloide werden heute vorrangig saprophytische In-vitro-Kulturverfahren unter Verwendung selektierter Claviceps-purpurea-Stämme, die unter diesen Bedingungen zur Alkaloidproduktion befähigt sind, benutzt. Die besten Ausbeuten werden mit Hilfe der Submersfermentation unter Verwendung verschiedener Wachstums- und Produktionsmedien erreicht[6]. Im Labormaßstab kann der Mutterkornpilz auch auf Agarmedien kultiviert werden.

Inhaltsstoffe

Der Mutterkornpilz produziert giftige Alkaloide, die Mutterkornalkaloide. Sie sind durch eine Ergolin-Struktur gekennzeichnet. Zu den Mutterkornalkaloiden gehören beispielsweise Ergotamin, Ergometrin und α-Ergokryptin. Zu den toxischen Effekten von Mutterkornalkaloiden zählen Darmkrämpfe, Halluzinationen sowie das Absterben von Fingern und Zehen aufgrund von Durchblutungsstörungen, die das Krankheitsbild Ergotismus (Antoniusfeuer, Mutterkornbrand) prägen. Andererseits können die Alkaloide, die durch Kultivierung von Claviceps purpurea gewonnen werden, auch medizinisch eingesetzt werden, beispielsweise zum Blutstillen nach der Geburt (Ergometrin, Methylergometrin) und zur Behandlung akuter Migräneanfälle (Ergotamin).

Quellen

Einzelnachweise

↑ Pažoutová et al., 2000: Chemoraces and Habitat Specialization of Claviceps purpurea Populations
↑ Douhan et al., 2008: Multigene analysis suggests ecological speciation in the fungal pathogen Clavicepes purpurea
↑ Butler MD, Alderman SC et al, 2001: Association of insects and ergot (Claviceps purpurea) in Kentucky bluegrass seed production fields
↑ MIELKE, H., 1993: Untersuchungen zur Bekämpfung des Mutterkorns. – Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd./Braunschweig 45, 5/6, 97-102.
↑ Parasitic Production of Ergot Alkaloids. In: Ergot: The Genus Claviceps, Ladislav Cvak (en), S. 303-320, Harwood Academic 1999, ISBN 9789057023750
↑ Saphrophytic Cultivation of Claviceps. In: Ergot: The Genus Claviceps, Ladislav Cvak (en), S. 321-372, Harwood Academic 1999, ISBN 9789057023750

Ergotismus - Antoniusfeuer

(Weitergeleitet von Antoniusfeuer)

Als Ergotismus (syn. Ignis sacer – „heiliges Feuer“ oder Antoniusfeuer) bezeichnet man eine Vergiftung durch Mutterkornalkaloide wie zum Beispiel Ergotamin oder Ergometrin.

Ursachen

Im Mittelalter trat Ergotismus als Folge des Verzehrs von Nahrungsmitteln auf, die mit Mutterkorn verunreinigt waren. Da die Gefahr, die von Mutterkorn ausgeht, heute bekannt ist, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um einer Verunreinigung von Getreideprodukten entgegenzuwirken. Der Ergotismus entsteht in der heutigen Zeit daher meist durch die Einnahme von Medikamenten, die Mutterkornalkaloide und deren Derivate enthalten. Diese Medikamente finden noch in der Therapie und Prophylaxe der Migräne (z. B. Ergotamin und Dihydroergotamin) und in der Behandlung der Parkinson-Krankheit (z. B. Bromocriptin, Pergolid, Cabergolin oder Dihydroergocryptin) Anwendung. Eine unkontrollierte Dosissteigerung kann dabei zu Ergotismus führen.

Symptomatik

Durch eine Überdosierung von Ergotamin kommt es zur massiven Gefäßverengung der Blutgefäße und in der Folge zu einer Durchblutungsstörung von Herzmuskel, Nieren und Gliedmaßen. Die Gliedmaßen sind kalt und blass, die Pulse sind meist kaum nachweisbar. Zudem bestehen Hautkribbeln (Parästhesie), Empfindungsstörungen (Hypästhesie) und eventuell Lähmungserscheinungen (Parese). Eine häufige Folge ist das sekundäre (induzierte) Raynaud-Syndrom oder die Steigerung in Form eines schmerzhaften Absterbens von Fingern und Zehen (Gangrän). Zusätzlich bestehen in der Regel Allgemeinsymptome wie Erbrechen, Verwirrtheit, Wahnvorstellungen, Kopfschmerzen, Ohrensausen und Durchfall. Akute Vergiftungen können durch Atem- oder Herzstillstand zum Tod führen.

Diagnostik

Wichtigstes diagnostisches Kriterium ist das Erkennen der Ergotamineinnahme. Die Anamnese und dabei insbesondere die Medikamentenanamnese ist daher meistens entscheidend.

Apparative Untersuchungen können bei Bedarf ergänzend hinzugezogen werden, beispielsweise die Doppler-Sonographie der Extremitätengefäße.

Therapie

Auslösende Medikamente sind als Erstmaßnahme sofort abzusetzen. Ist dies alleine nicht ausreichend, können die Blutgefäße durch die Gabe von Nitraten, Calciumantagonisten und/oder Prostaglandininfusionen erweitert werden.

Geschichte

m Mittelalter wurde die Erkrankung durch den Konsum von mit Mutterkorn-Pilz (Claviceps purpurea) befallenem Roggen verursacht. Man bezeichnete sie als Antoniusfeuer oder auch ignis sacer – „heiliges Feuer“. Vor allem der Antoniter-Orden hatte es sich zur Aufgabe gemacht, am Antoniusfeuer Erkrankte zu behandeln und zu pflegen. Die Antoniter unterhielten im 15. Jahrhundert in ganz Europa etwa 370 Spitale, in denen rund 4000 Erkrankte versorgt wurden.

Eine Reduktion der Vergiftungsfälle konnte erst im 17. Jahrhundert durch die Erkenntnis, dass das Krankheitsbild auf einer Vergiftung durch den Mutterkornpilz beruht, erreicht werden. Einen verspäteten Ausbruch gab es in Dresden in den Jahren 1716–1717.

Patriziergesellschaft

Eine Patriziergesellschaft ist der Zusammenschluss von Mitgliedern einer mittelalterlichen deutschen städtischen Oberschicht – „die Geschlechter“ genannt –, bestehend aus Angehörigen des niedrigen Adels, wohlhabenden Kaufherren und Ministerialen. Zweck dieser Vereinigung war in erster Linie die Sicherung der Kontinuität sowohl unmittelbar der Stadtpolitik als auch mittelbar des eigenen Machterhalts, daneben oft auch das Betreiben von gemeinsamen Geschäften, insbesondere im risikoreichen Fernhandel.

Merkmale

Eine der ältesten Patriziergesellschaften, wenn nicht die älteste überhaupt, ist die im 12. Jahrhundert entstandene Richerzeche in Köln, deren Macht allerdings schon im 14. Jahrhundert wieder erlosch. Andere Patriziergesellschaften, die sich erst vom 14. Jahrhundert an gründeten, bestanden teilweise mit etlichen Wandlungen mehrere hundert Jahre lang bis zum Ende des Deutschen Reichs 1806; eine besondere Ausnahme ist die Gesellschaft Alten Limpurg in Frankfurt am Main, die als Rechtspersönlichkeit noch heute existiert.

Patriziergesellschaften waren oft nach dem Muster von Stubengesellschaften oder Bruderschaften organisiert. Wo gemeinsames Vermögen erworben und an nachrückende Erben weiterzugeben war, wurde häufig die Rechtsform der Ganerbschaft gewählt. Wenn geschäftliche Risiken geteilt wurden, ähnelt die Rechtsform hingegen einem Vorläufer unserer heutigen Offenen Handelsgesellschaft. Die Gilden des Mittelalters sind entweder aus Patriziergesellschaften hervorgegangen oder bestanden größtenteils aus deren Mitgliedern. Im weiteren Sinn kann sogar die gesamte deutsche Hanse als Zusammenschluss von Patriziergesellschaften aufgefasst werden, deren zahlreiche Artushöfe im Ostseeraum auch als Versammlungsräume, namentlich der St.-Georgs-Bruderschaften, dienten. Hinzu kommt, dass Begriffe wie Gesellschaft, Gilde, Zunft, Amt, Innung, Brüderschaft damals oft nicht gegeneinander abgegrenzt und daher synonym verwendet wurden.

Bezeichnend ist, dass Patriziergesellschaften in jeder Weise „geschlossene Gesellschaften“ waren, was sich etwa ganz drastisch an dem 1521 aufgestellten Tanzstatut der Stadt Nürnberg erweist. Das bedeutet: Niemand konnte einer solchen Gesellschaft aus eigenem Willen beitreten, sondern Außenstehende wurden, wenn überhaupt, durch Kooptation der vorhandenen Mitglieder aufgenommen. Entsprechend restriktiv wurde die Heiratspolitik betrieben; die Ehe war also nur zwischen Personen zugelassen, deren Eltern sämtlich derselben Gesellschaft angehörten. Das geht so weit, dass – entgegen der in Historikerkreisen immer noch verbreiteten Ansicht, die „Altbürger“ hätten sich zur Festigung ihrer Position mit den königlichen Beamten, den Reichsministerialen, verbündet – sie dies aber tatsächlich nur in wenigen Fällen getan und noch seltener auch durch verwandtschaftliche Bande besiegelt haben, denn weder entsprach die Tätigkeit eines Kaufmanns den Aufgaben oder dem Standesbewusstsein eines Ministerialen noch konnte dieser dem Kaufmann bei Einheirat in dessen Familie eine Mehrung seines Vermögens in Aussicht stellen, sodass das beiderseitige Interesse an einer Verbindung eher gering blieb; erst zum Ende des 13. Jahrhunderts begann sich die Trennungslinie zwischen Patriziat und Rittertum zu verwischen, wenngleich auch der heruntergekommene Ritter, der vom Raub lebte, von den Kaufleuten verachtet und bekämpft wurde. Diese Abgrenzung gegenüber dem Ritterstand ging so weit, dass solche unerwünschten Ehen der bürgerlichen Oberschicht mit Sanktionen versehen wurden. So hatte für eine Wiener Bürgerstochter eine Heirat mit einem miles, einem Dienstritter, den Verfall von Freiheit und Vermögen zur Folge; auch in Lübeck durfte eine Bürgerstochter in solchem Falle nur mitnehmen, was sie auf dem Leibe trug.

Im Laufe der Zeit wurden die meisten in solchen Gesellschaften vereinten Patrizierfamilien selbst adlig, jedoch nicht durch Verbindung mit Ministerialen, sondern durch Rangerhöhung infolge Verdienst, was stets mit einer entsprechenden Wappenbesserung einherging. Der Anspruch auf Geburtsadel war danach eine Art ungeschriebenes Gesetz, was beispielsweise in Nürnberg dazu führte, dass nach 1806, bei der Eingliederung des Patriziats in den bayerischen Adel, den meisten der „alten“ Familien die Aufnahme in die Freiherrenklasse gelang.

Bekannte Gesellschaften

Die Zahl der Patriziergesellschaften, die es einmal gegeben hat, ist unüberschaubar; die meisten dieser Gesellschaften haben historisch nur wenige Spuren hinterlassen. Bekannt sind dagegen heute noch:

Alten Limpurg, Frankfurt am Main, gegründet 1357
Bruderschaft der Schwarzhäupter und Compagnie der Schwarzen Häupter, Reval und Riga, gegründet 1399
Große Ravensburger Handelsgesellschaft, Ravensburg, gegründet um 1380
Lilienvente, Braunschweig, gegründet 1384
Handelsgesellschaft, Augsburg, gegründet 1368
Reinoldigilde, Dortmund
Richerzeche, Köln, gegründet im 12. Jahrhundert
Schleswiger Bruderschaft, Soest
St.-Georgs-Bruderschaften, insbesondere in Danzig, Elbing und Thorn, gegründet vor 1350
Stubengesellschaft, Ulm, „Schwörbrief“ von 1345
Zirkelgesellschaft, Lübeck, gegründet 1379
Zum Esel, Ravensburg, gegründet 1397
Zum Frauenstein, Frankfurt am Main, gegründet 1382
Zum goldenen Löwen, Memmingen, gegründet 1347
Zum Löwen, Überlingen
Zum Straußen, Kempten
Zum Sünfzen, Lindau, erstmals 1358 urkundlich erwähnt
Zur Katz, Konstanz, gegründet bald nach 1342

Literatur

Lexikon des Mittelalters, 9 Bände, Metzler, Stuttgart 1999. ISBN 3-4760-1822-9. Hier insbesondere die Stichworte Braunschweig und Bistum Augsburg.
Edith Ennen: Die europäische Stadt des Mittelalters. Sammlung Vandenhoeck, Göttingen 1987.
Gerhard Fouquet u.a. (Hrsg.): Geschlechtergesellschaften, Zunft-Trinkstuben und Bruderschaften in spätmittelalterlichen und frühneuzeitlichen Städten. Jan Thorbecke Verlag, Stuttgart 2003. ISBN 3-7995-6430-6.
Eberhard Isenmann: Die deutsche Stadt im Spätmittelalter. 1250-1500. Stadtgestalt, Recht, Stadtregiment, Kirche, Gesellschaft, Wirtschaft. Stuttgart 1988.
Rainer Koch: Grundlagen bürgerlicher Herrschaft. Verfassungs- und sozialgeschichtliche Studien zur bürgerlichen Gesellschaft in Frankfurt am Main (1612-1866). Wiesbaden 1983.
Hans Körner: Frankfurter Patrizier. Historisch-Genealogisches Handbuch der Adeligen Ganerbschaft des Hauses Alten-Limpurg zu Frankfurt am Main. München 1971.
Wolfgang Reinhard: Oligarchische Verflechtung und Konfession in oberdeutschen Städten. In Antoni Mączak (Hrsg.): Klientelsysteme im Europa der Frühen Neuzeit. Oldenbourg, München 1988
Fritz und Luise Rörig: Die europäische Stadt und die Kultur des Bürgertums im Mittelalter. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1955.
Tatiana Sfedu: Museumsgründung und bürgerliches Selbstverständnis. Die Familie Leiner und das Rosgartenmuseum in Konstanz. Dissertation Universität Konstanz, Geisteswissenschaftliche Sektion, Fachbereich Geschichte und Soziologie, 2006, im Konstanzer Online-Publikations-System KOPS .

Patrizier

Patrizier (Latein: patricius, Griechisch: πατρίκιος) ist die Bezeichnung für Angehörige der alteingesessenen Oberschicht im antiken Rom. Davon abgeleitet wird auch die sozial relativ abgeschlossene Oberschicht in vielen mittelalterlichen und frühneuzeitlichen Städten Patriziat genannt.

Antikes Rom

Die Patrizier stellten die gesellschaftliche und meist auch politische Oberklasse des antiken Roms dar. Patrizier nahmen für sich in Anspruch, Abkömmlinge der Familien, welche Rom gegründet haben oder die sich kurz nach dessen Gründung dort ansiedelten, zu sein. Das Wort Patrizier (patricius) leitet sich vom lateinischen Wort pater, patres (Vater, Vorfahren) ab.

In der frühen Römischen Republik waren Mischehen zwischen Patriziern und Plebejern, also dem gewöhnlichen Volk, zunächst verboten. Patrizier durften ihre Einkommen nur aus ihrem Grund und Boden, zumeist also der Landwirtschaft oder Beute im Krieg erzielen. Bankiers oder Handelsgeschäfte waren ihnen zunächst noch verboten und galten später zumindest als verpönt. Im Zuge der Ständekämpfe lockerten sich diese Einschränkungen, als sich die Plebejer ihr Recht auf Teilhabe an der politischen Macht erstritten. Ab der Zeit der mittleren Republik bildeten die patrizischen Familien und mehrere plebejische Familien die politische Führungsschicht Roms. Dennoch blieben den Patriziern bis in die Kaiserzeit bestimmte religiöse Ämter, wie bspw. das des flamen dialis oder des Pontifex Maximus vorbehalten. Umgekehrt waren den Patriziern manche Ämter versperrt, darunter das Amt des in der späten Republik mächtigen Volkstribunen und das des plebejischen Ädils.

Die Patrizier genossen prinzipiell auch noch in der späten Republik besonderes Ansehen und neigten zumeist der politischen Richtung der Optimaten zu. Das hinderte jedoch bekannte Patrizier wie Gaius Iulius Caesar oder Publius Clodius Pulcher nicht daran, zu den Popularen überzutreten oder deren Partei zu ergreifen.

Bekannte Patrizierfamilien, die auch viele Konsuln und andere hohe Beamte der römischen Republik stellten, waren unter anderem die Cornelier, Valerier, Julier, Claudier, Aemilier und Fabier.

Die patrizischen Familien nahmen bereits während der Zeit der späten römischen Republik ab ca. 150 v. Chr. deutlich an Zahl ab, da sie häufig entweder unter Unfruchtbarkeit litten oder in der Krise der Republik durch Krieg und Bürgerkrieg oder Proskriptionen dezimiert wurden. Einst die staatstragende Bevölkerungsschicht, verschwanden viele patrizische Geschlechter bis 30 v. Chr., vor allem in der Zeit des zweiten Triumvirats. Kaiser Augustus, der Begründer des Prinzipats, gehörte seit seiner testamentarischen Adoption durch Gaius Iulius Caesar selbst einer patrizischen gens an und versuchte, den Stand durch Förderung alter Familien wieder zu stärken; zudem ließ er sich vom Senat das Recht verleihen, neue Patrizier zu ernennen. Dieses Recht beanspruchten auch seine Nachfolger.

Im spätantiken Römischen Reich führte Kaiser Konstantin der Große den Titel patricius als Titel für Männer, die sich um dem Kaiser verdient gemacht hatten, ein. Bis zum Ende der Antike war er als Ehrentitel von Bedeutung (vgl. etwa Petros Patrikios); in Westrom war er ab Constantius III. dem magister militum und eigentlichem Machthaber vorbehalten. In Ostrom verlor er nach dem 7. Jahrhundert etwas an Exklusivität, blieb aber dennoch als patrikios auch im Mittelalter ein begehrter Ehrenrang.

Deutsche Städte des Mittelalters

In den deutschen Reichsstädten des Mittelalters bildete sich ab dem 11. Jahrhundert ein Patriziat aus dem ehemaligen Ortsadel oder der örtlichen Ministerialität heraus. Sie nannten sich selbst „Geschlechter“. Die Patrizier besetzten den Rat und wichtige andere städtische Ämter und versuchten, sich ein ausschließliches Recht auf diese Ämter zu wahren, also die Patrizier zu den alleinigen ratsfähigen Geschlechtern zu machen. Da sie vornehmlich als Kaufleute tätig waren, schlossen sie sich in Gilden zusammen und setzten ein erbliches Recht auf die begehrten Ämter durch.

Mit dem Erstarken des Handwerks und der Herausbildung eines in Zünften organisierten Bürgertums kam es seit dem 13. Jahrhundert zu Kämpfen der Handwerker gegen die Vorrechte der in Gilden vereinigten Patrizier. In der Regel konnten die Zünfte eine Beteiligung am Stadtrat erlangen. In Köln wurde die gesamte Stadtverfassung auf die Zunftverfassung zugeschnitten, während sich in Augsburg, Nürnberg, Bern, Frankfurt und in der Mehrzahl der Hansestädte das Patriziat behaupten konnte. Nur in Hamburg hat es kein geschlossenes Patriziat wie in den süddeutschen Reichsstädten, Bremen und in Lübeck (Zirkelgesellschaft) gegeben. Dort erstarkten in der Folge die Hanseaten zur Führungsschicht.

Das mittelalterliche „Patriziat“ nannte sich selbst nicht so; man sprach üblicherweise von „Geschlechtern“, wie etwa für Köln, Frankfurt am Main und Nürnberg nachgewiesen. Der Ausdruck „Patrizier“ in seiner Übertragung auf die städtische Oberschicht des Mittelalters entstammt selbst nicht dieser Zeit, sondern erst der Renaissance. Im Jahr 1516 wurde der Nürnberger Ratskonsulent (Stadtjurist) Dr. Christoph von Scheurl (1481–1542) vom Generalvikar des Augustinerordens Dr. Johann Staupitz beauftragt, einen Abriss der Nürnberger Verfassung auszuarbeiten; diesen überreichte er am 15. Dezember desselben Jahres in Form der heute noch berühmten Epistel. Da diese Arbeit in lateinischer Sprache verfasst war, bezeichnete Scheuerl die Nürnberger „Geschlechter“ in durchaus naheliegender Analogie zu römischen Verfassungszuständen als „patricii“, die dann in der zeitgenössischen Rückübersetzung zum „Patriziat“ wurden.[1] Der Begriff selbst setzte sich in dieser Verwendung jedoch erst im Laufe des 17. und 18. Jahrhunderts allgemein durch.[2]

Nicht nur in Reichsstädten gab es Patrizier. Auch in Städten mit einem fürstlichen Stadtherrn konnte sich ein Stadtadel entwickeln, so z. B. in Münster. Dort nannte der Volksmund die Angehörigen des Stadtadels Erbmänner. Die Erbmänner erreichten im Rahmen des Erbmännerstreites die Anerkennung der Zugehörigkeit zum stiftsfähigen und ritterbürtigen Uradel.

Die Patrizier gelten als dem landgesessenen Adel ebenbürtig. So nimmt das genealogische Handbuch des Adels unverändert jene Familien auch ohne Adelsprädikat auf, deren Mitglieder nachweislich spätestens im 14. Jahrhundert erbgesessene Ratsgeschlechter in deutschen Reichsstädten waren.

Literatur

Michael Hecht: Patriziatsbildung als kommunikativer Prozess. Die Salzstädte Lüneburg, Halle und Werl in Spätmittelalter und Früher Neuzeit, Köln: Böhlau Verlag 2010. ISBN 978-3-412-20507-2 (Löst sich vom Handbuchwissen und untersucht "Patriziat" nicht als ständische Einheit, sondern als kommunikativ reproduzierte, dynamische und relationale Ordnungsvorstellung anhand von Besitz- und Beteiligungsverhältnissen, Organisationsstrukturen, sozialem Profil, Erinnerungskultur(en), Initiationsritualen, Zulassungskonflikten, Präzedenzstreitigkeiten, sozialen Erkennungszeichen, ständischen Rollen und Karrieremustern)

Einzelnachweise

↑ Entstehungsgeschichte der Epistel auch in Eberhard Isenmann: Gelehrte Juristen und das Prozessgeschehen in Deutschland im 15. Jahrhundert, in Franz-Josef Arlinghaus et al.: Praxis der Gerichtsbarkeit in europäischen Städten des Spätmittelalters, Klostermann, Frankfurt 2006, S. 305, Fußnote 1.
↑ vgl. Eberhard Isenmann: Die deutsche Stadt im Spätmittelalter. 1250-1500. Stadtgestalt, Recht, Stadtregiment, Kirche, Gesellschaft, Wirtschaft. Stuttgart 1988, S. 276.

Vektor (Biologie)

Der Begriff Vektor (lat. vector „jemand, der trägt, zieht oder befördert“) oder zu deutsch Krankheitsüberträger bezeichnet in der Biologie und der Medizin ganz allgemein einen Überträger von Infektionskrankheiten auslösenden Krankheitserregern. Der Vektor transportiert dabei einen Erreger vom Hauptwirt, Reservoirwirt auf einen anderen Organismus, ohne selbst zu erkranken. Das entspricht einem indirekten, horizontalen Infektionsweg.

Allgemein

Bei Vektoren, die Infektionskrankheiten übertragen, werden generell zwei Übertragungsarten unterschieden:

Biologische Übertragung

Bei der biologischen Übertragung, auch „aktive Übertragung“ genannt, wird eine Erregerart von einem speziellen Vektor – beispielsweise ein blutsaugendes Insekt – während der Nahrungsaufnahme bei einem infizierten Hauptwirt aufgenommen, überlebt innerhalb des Vektororganismus im aktiven Zustand, kann sich möglicherweise noch zusätzlich vermehren und/oder wandeln und infiziert bei der nächsten Nahrungsaufnahme desselben Vektors bei einem noch nicht infizierten Lebewesen dieses neue Opfer. Grundsätzlich gilt auf diesem Wege, dass jeder einzelne Vektor nur jeweils seine speziellen Erreger übertragen kann. Der jeweilige Vektor handelt hier als Zwischenwirt.

Mechanische Übertragung

Bei der mechanischen Übertragung, auch „passive Übertragung“ genannt, ist der Vektor nur äußerlich mit einem Erreger oder mehreren kontaminiert und überträgt diese per Kontaktinfektion bzw. Schmierinfektion auf einen anderen Organismus. Der jeweilige Vektor tritt hier als Transportwirt auf, wie beispielsweise die Stubenfliege, die Schmeißfliege und die Kakerlake. Bei dieser Übertragungsform kann jeder Vektor alle möglichen Krankheitserreger übertragen, wobei der Erregertransport über einen längeren Zeitraum dann nur allein mit luftunempfindlichen Erregern möglich ist.

Vektor (Gentechnik)

In der Gentechnik und der Biotechnologie versteht man unter einem Vektor ein Transportvehikel ("Genfähre") zur Übertragung einer Fremd-Nukleinsäure (oft DNA) in eine lebende Empfängerzelle. Als Vektoren werden verschiedene solcher Vehikel bezeichnet:

Plasmide, die beispielsweise das Klonieren eines bestimmten DNA-Abschnittes ermöglichen,
Cosmide oder YACs, die mit Hilfe von Bakteriophagen- bzw. Hefezellstrukturen große DNA-Abschnitte transferieren können,
und modifizierte Viren (z. B. Adenoviren oder Retroviren), die auch als virale Vektoren bezeichnet werden.

Eignung eines Vektors

Verschiedene Vektoren können gemäß den gegebenen Rahmenbedingungen eine unterschiedliche Eignung als Transportvehikel aufweisen. Der Vektor sollte sich möglichst einfach in die Empfängerzelle einschleusen lassen (hierbei spielt unter anderem die spezifische Immunabwehr eine Rolle) und er sollte sich unabhängig von deren Hauptgenom replizieren können, um eine starke Vermehrung zu gewährleisten.

Vektor	max. Kapazität (kbp)	Grund
Plasmid	10-15 kbp	sonst keine Ringbildung
M13-Phage	< 6 kbp	sonst keine Verpackung
Phagemid	< 6 kbp	sonst keine Verpackung
λ-Phage	< 25 kbp	sonst keine Verpackung
Cosmid	< 50 kbp	sonst keine Verpackung
P1-Phage	30-100 kbp	?
BAC	100-300 kbp	?
PAC	100-300 kbp	?
YAC	20-2000 kbp	Instabilität bei Mitose und Meiose

Vektortypen

Vektoren werden nach den Lebewesen, die sie in sich tragen, in verschiedene Typen eingeteilt. Jeder Typ hat bestimmte Eigenschaften und sagt dadurch einiges über die Eignung des Vektors aus.

Plasmidvektoren

Plasmidvektoren sind Vektoren, die aus Plasmiden gewonnen werden. Häufig tragen Prokaryoten Plasmide, jedoch auch einige Eukaryoten (Hefezellen). Die am meisten verwendete Wirtszelle für Plasmidvektoren ist das Bakterium Escherichia coli. Dieses Bakterium zählt wohl zu den am häufigsten verwendeten Organismen in der Gentechnik.

Die Vorteile von Plasmidvektoren sind klar: Sie sind einfach zu verwenden, da sie klein sind und leicht aus der Zelle gewonnen werden können. Außerdem sind Plasmide für das Überleben der Zelle nicht unbedingt notwendig. Ein Eingriff hat daher selten Auswirkungen auf die Wirtszelle. Darüber hinaus werden Plasmide unabhängig vom Bakterienchromosom repliziert und können daher in den Zellen in vielen Kopien vorliegen. Dabei ist die Kopienzahl abhängig von der Art des Plasmids und dessen Replikationsstartpunkt (origin of replication).

Um Plasmidvektoren verwenden zu können, müssen die natürlich vorkommenden Plasmide erheblich verändert werden. Aus der riesigen Anzahl kann man sich ein geeignetes Molekül aussuchen. Besonders beliebt sind Resistenzplasmide, da sie sehr leicht mit einem Antibiotikum selektiert werden können. Zudem sollten die Vektormoleküle eine Multiple Cloning Site (MCS) enthalten. Dabei handelt es sich um einen DNA-Abschnitt, der in kurzen Abständen eine Vielzahl von Erkennungssequenzen für Restriktionsendonukleasen vom Typ II enthält, die jeweils nur ein einziges Mal im Vektormolekül vorhanden sein dürfen. Idealerweise befindet sich die MCS in einem weiteren Markergen für die Doppelselektion, dessen Funktion durch die Integration der Fremd-DNA zerstört wird. Daher exprimieren nur diejenigen Zellen die Produkte des Markergens, welche die Fremd-DNA nicht enthalten und können daher von den Zellen unterschieden werden, die die Fremd-DNA im Vektormolekül integriert enthalten. Damit die in den Vektor integrierte Fremd-DNA in der Wirtszelle vermehrt werden kann muss der Plasmidvektor auch einen Replikationsstartpunkt besitzen.

Der Hauptnachteil von Plasmidvektoren besteht in ihrer geringen Kapazität: Schon bei einem DNA-Fragment von 5 kb Länge nimmt die Effektivität der Klonierung ab. Die maximal mögliche Länge liegt bei 10–15 kb. Da in vielen Fällen längere Sequenzen kloniert werden, ist man auf andere Vektoren angewiesen.

Eine Plasmidvektor-Variante sind die Shuttle-Plasmide, auch Shuttle-Vektoren oder binäre Vektoren genannt, die sowohl in Bakterien als auch in einem Zielorganismus abgelesen und vermehrt werden können. Ein Beispiel hierfür sind die Vektoren die bei der Agrobakterien-vermittelten Transformation verwendet werden.

Normalerweise wird DNA, die entsprechende Erbinformation enthält, in einen Zielorganismus eingebracht (s. auch Transformation). Häufig kommt es in der Praxis aber vor, dass der Zielorganismus nicht leicht zu verändern ist, weil er DNA nur schlecht aufnimmt und nicht vermehrt. Dadurch würde unter den gesamten Zellen nur ein kleiner, nicht signifikanter Teil verändert und die Gesamtkultur wäre als Studienobjekt unbrauchbar. Die vorherige Vermehrung der DNA in Bakterien erlaubt den Einsatz größerer Mengen DNA und damit die Veränderung eines größeren Anteils von Zielzellen. Der Shuttle-Vektor bietet dabei den Vorteil, direkt in beiden Organismen eingesetzt werden zu können.

In Shuttle-Plasmiden ist die DNA in Plasmidform mit zwei Replikationsstartpunkten für zwei unterschiedliche Organismen ausgestattet. Häufig setzt man Shuttle-Plasmide mit einem pro- und einen eukaryotischen Replikationsursprung ein. Somit kann die Replikation des Plasmids in Prokaryoten (Bakterien) und Eukaryoten (Pflanzen, Pilze, Tiere) stattfinden.

Shuttle-Plasmide werden insbesondere eingesetzt, wenn eine bestimmte Spezies (zum Beispiel Hefen) nur geringe Mengen an zirkulärer DNA liefert, aber zum Beispiel für Untersuchungen größere Mengen gebraucht werden. Die Plasmide werden daher in der Regel im Bakterium Escherichia coli amplifiziert. Hierzu müssen die Plasmide neben den Elementen ihres Herkunftsorganismus (hier also Hefe) Sequenzen zur autonomen Replikation und Selektion in ihrem Wirtsorganismus (hier also E. coli) besitzen. Man bezeichnet solche Plasmide dann als Shuttle-Plasmid (engl: shuttle = Pendelverkehr). Das Plasmid kann also zwischen zwei verschiedenen Organismen pendeln.

Des Weiteren sind eine oder mehrere Restriktionsschnittstellen erforderlich, die das Klonieren von Fremd-DNA ermöglichen und günstigerweise nur einmal auf dem Vektor vorhanden sind.

Über die Amplifikation der interessierenden DNA in der Bakterienkultur erhält man auf einfache und schnelle Weise ausreichend große Mengen an DNA, die dann zur Untersuchung und Manipulation des eigentlichen, in der Regel eukaryotischen Zielorganismus eingesetzt werden kann.

Virale Vektoren

Als Virale Vektoren werden modifizierte Viren bezeichnet, die eukaryotische Zellen transduzieren und dabei fremde Gene in diese Zellen einschleusen können. Sie werden beispielsweise in der Gentherapie eingesetzt.

Bakteriophagenvektoren

Bakteriophagen (kurz: „Phagen“) sind Viren, welche Bakterien befallen. Sie werden nach ihrer Wirtszelle in verschiedene Gruppen eingeteilt.

Die Verwendung von Bakteriophagenvektoren beruht auf dem lysogenen Zyklus der Phagen. Viren lassen sich in virulente und temperente einteilen. Virulente Viren haben einen lytischen Zyklus, das heißt sie dringen in ihre Wirtszelle ein und veranlassen diese zur Bildung neuer Viren. Temperente Viren haben einen lysogenen Zyklus, sie bauen ihr Genom in das der Wirtszelle ein.

Darin liegt das Interesse der Forscher. Durch den Einbau des Virusgenoms kann auch ein zu untersuchendes DNA-Fragment in die Zelle eingeschleust werden.

Cosmide

Durch die Überschneidung von Plasmiden mit den kohäsiven Enden der Bakteriophagen-DNA erhält man so genannte Cosmide.

Man verwendet dazu den Bakteriophagen Lambda. Dessen Genom hat kurze einzelsträngige Enden, die zueinander komplementär sind und sich so zu einem Ring schließen können. Diese Enden werden als cos-Region (engl. cohesive sites: kohäsive Enden) bezeichnet.

Der große Vorteil von Cosmiden im Gegensatz zu Plasmidvektoren besteht darin, dass sie selbst wesentlich kürzer sind und daher eine größere Aufnahmekapazität besitzen. Cosmide können Abschnitte bis etwa 47 kb Länge aufnehmen und übertreffen dadurch sogar Phagenvektoren.

Verarbeitet werden Cosmide wie Bakteriophagenvektoren. Da sie jedoch keine Phagengene enthalten, verhalten sie sich in der Wirtszelle wie Plasmide. Dies macht sie zu sehr attraktiven Vektoren. Jedoch sind Cosmide schwer zu handhaben, wodurch die Vorteile wieder ausgeglichen werden.

Phagemide

Phagemide (manchmal auch „Phasmide") funktionieren ähnlich wie Cosmide, sind also ebenfalls Hybridvektoren aus Plasmid und Phage, jedoch bleibt dabei die Plasmidfunktion bestehen und wird exprimiert.

Literatur

D.S.T. Nicholl: Gentechnische Methoden (ISBN 3-86025-298-4; 178 Seiten) Einführung in allgemeine gentechnische Bereiche.

Viraler Vektor

Als Virale Vektoren werden gezielt veränderte Viruspartikel bezeichnet, die in der Gentechnik dafür verwendet werden, genetisches Material in Zielzellen zu schleusen. Dies können Zellen eines lebenden Organismus (in vivo) oder Zellen einer Zellkultur (in vitro) sein. Der Transport von DNA in eine Zelle mit Hilfe eines Virus wird als Transduktion bezeichnet, die Zellen, die solche DNA tragen, als transduzierte Zellen. Virale Vektoren werden in der Grundlagenforschung und in der Gentherapie verwendet. Auch Impfstoffe auf der Grundlage von viralen Vektoren sind bereits im Einsatz. Die Technik der viralen Vektoren wurde erstmals in den 1970er Jahren verwendet und seitdem ständig weiterentwickelt. Virale Vektoren enthalten im Gegensatz zu Virus-like particles (VLP) oder Liposomen mit viralen Membranproteinen (Virosomen) eine zu überbringende Nukleinsäure.

Eigenschaften viraler Vektoren

Um mit einem viralen Vektor genetisches Material in Zielzellen mittels Transduktion einzubringen, muss zunächst die gewünschte DNA-Sequenz in das Genom der Viren kloniert werden. Dabei werden in den meisten Fällen bestimmte DNA-Bereiche des viralen Genoms ersetzt, so dass die Viren nicht mehr replikationskompetent sind, da ihnen z. B. regulatorische Sequenzen oder die Gene für Enzyme, Kapsid- oder Membranproteine fehlen. Derartige Vektoren können sich nicht mehr selbst vermehren. Infektiöse Partikel können nur dann hergestellt werden, wenn in der Zelllinie, die die Vektoren produziert, entsprechende Informationen z. B. für die fehlenden Proteine und Nukleinsäuren getrennt zur Verfügung gestellt werden. Replikationsinkompetente Vektoren haben also den Vorteil, dass sie sich in der Zielzelle, die diese Informationen nicht enthält, nicht vermehren können und werden daher gegenüber unkontrolliert replikationskompetenten Vektoren bevorzugt eingesetzt. Durch Rekombination in der Verpackungszelllinie können allerdings zu einem gewissen Grad wieder replikationskompetente Viren entstehen. Um dies zu vermeiden, wird das genetische Material der Viren häufig derart verändert, dass sie in möglichst vielen Hinsichten replikationsinkompetent sind. Werden die genetischen Informationen auf zwei verschiedene Plasmide verteilt, wird von einem „zwei-Plasmid-System“ gesprochen. Um die Sicherheit der Vektoren weiter zu erhöhen, werden die genetischen Informationen auch auf drei oder mehr verschiedene Plasmide verteilt, die dann zur Vektorherstellung jeweils kotransfiziert werden müssen.[1]

Anforderungen an einen viralen Vektor sind

Sicherheit und geringe Genotoxizität
Geringe Zytotoxizität
Stabilität
Zelltypspezifität

Anwendungen

Grundlagenforschung

Virale Vektoren wurden ursprünglich als Alternative zu der Transfektion von nackter DNA für molekulargenetische Experimente entwickelt. Verglichen mit traditionellen Methoden wie der Calcium-Phosphat-Transfektion kann durch die Transduktion sichergestellt werden, dass nahezu 100% der Zellen das genetische Material erhalten, ohne dass die Lebensfähigkeit der Zellen nennenswert eingeschränkt wird. Außerdem sind manche Viren und auch die von ihnen abgeleiteten Viralen Vektoren in der Lage, ihre DNA in das Genom der Zielzelle zu integrieren, so dass die Expression der DNA stabil verankert werden kann und sogar an die Tochterzellen weitervererbt werden kann. Da die Produktion von viralen Vektoren sehr aufwändig ist, sind für viele Anwendungen die sich stetig verbessernden Transfektionstechniken jedoch weiterhin die bessere Lösung.

Gene, die Proteine codieren, können mit Hilfe von viralen Vektoren exprimiert werden, um die Funktion des jeweiligen Proteins zu untersuchen. Vektoren, besonders retrovirale Vektoren, die stabile Markergene wie GFP exprimieren, werden für die permanente Markierung von Zellen eingesetzt, um sie und ihre Nachkommen verfolgen zu können. Dies geschieht beispielsweise bei Xenotransplantationen.

In den Vektor klonierte Gene, die für shRNAs und miRNAs kodieren, können für RNA-Interferenz-Experimente eingesetzt werden.

Gentherapie

Verschiedene gentherapeutische Studien sind bereits seit Beginn der 1990er Jahre durchgeführt worden, bei denen unterschiedliche virale Vektoren zum Einsatz kamen. Mit Hilfe dieser Vektoren soll das defekte Gen, bei einer monogenetischen Erbkrankheit beispielsweise das disfunktionelle ererbte Gen, durch ein gesundes ersetzt werden. Dabei ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten je nachdem, welcher Vektor und welche Methode verwendet wird. In vitro wurden bereits große Fortschritte erzielt, bei der Anwendung im Patienten waren diese jedoch immer von Risiken begleitet, weshalb die Gentherapie noch keine breite Anwendung gefunden hat. Die Immunreaktionen des Patienten gegen den Vektor kann Komplikationen hervorrufen, so im Fall von Jesse Gelsinger, der 1999 mit einem adenoviralen Vektor behandelt wurde. Aus diesen Gründen wird es notwendig sein, für jede Krankheit, die gentherapeutisch behandelt werden soll, einen geeigneten und spezifischen viralen Vektor zu entwickeln.[2]

Retrovirale Vektoren beispielsweise integrieren ihre Genome in das Genom der Wirtszelle. Dabei geschieht die einzelne Integration an einer zufälligen Stelle im Genom, insgesamt werden jedoch je nach Virustyp bestimmte Stellen wie aktive Gene bei HIV oder Promotorregionen bei MLV stark bevorzugt. An diesen Integrationsorten kann das Virusgenom Gene der Wirtszelle unterbrechen oder natürlicherweise stillgelegte Gene aktivieren, wobei man annimmt, dass dies je nach Integrationsmuster des jeweiligen Virus mehr oder weniger häufig geschieht. Dies kann zur Entartung der Zelle und damit zur Tumorbildung führen, so geschehen in einer Gentherapie-Studie von Severe Combined Immunodeficiency (SCID), die 1999 in Frankreich durchgeführt wurde. Vier der 10 behandelten Kinder entwickelten Leukämien infolge der Behandlung.[3]

Impfstoffe

Transiente Viren, die eine DNA von Pathogenen zur transienten Expression tragen, werden derzeit als Impfstoffe gegen Pathogene getestet. Der virale Vektor bringt die DNA des Pathogens in die Zelle, wo sie exprimiert wird. Die Technik ist dadurch eine Erweitung der DNA-Impfung.

Geschichte

Paul Berg benutzte 1976 ein modifiziertes SV40-Virus, das DNA des Bakteriophagen Lambda enthielt, um in Zellkultur gehaltene Affennierenzellen zu infizieren.[4] Seit Mitte der 1980er werden retrovirale Vektoren eingesetzt, die Markergene enthalten, um Zellen damit zu markieren und ihre Entwicklung innerhalb eines Organismus verfolgen zu können [5]. Dadurch wurde die Möglichkeit vorstellbar, Gene als Therapeutikum in Zielzellen einzusetzen.

Typen viraler Vektoren

Retroviren

Retroviren stehen derzeit im Zentrum der gentherapeutischen Forschung und sind aufgrund ihrer Eigenschaften die am weitesten verbreiteten Vektoren. [6]Rekombinante Retroviren können stabil in das Wirtsgenom integrieren und sind das derzeit einzige Instrument, um monogenetische Erbkrankheiten dauerhaft zu heilen. Knapp 300 klinische Studien wurden bisher (2007) mit retroviralen Vektoren durchgeführt. Zur Gattung Gammaretrovirus gehörende Retroviren wie das Murine Leukämievirus transduzieren vor allem sich in Teilung befindende Zellen und sind daher ungeeignet für die Transduktion ruhender Zellen wie beispielsweise Nervenzellen. Weil gammaretrovirale Vektoren das Risiko bergen, durch die starken Enhancer-Elemente in ihren LTRs potenzielle Onkongene in der Nähe ihres Integrationsortes zu aktivieren, wurden sogenannte SIN-Vektoren (von self inactivating) entwickelt, denen diese Enhancer im 3'-LTR-Bereich fehlen. Nach der Reversen Transkription und der Integration des Provirus ins Wirtsgenom fehlen diese auch im 5'-LTR-Bereich. Es konnte gezeigt werden, dass sich das Risiko einer Protoonkogenaktivierung dadurch verringert, völlig verhindert werden kann es jedoch auch bei SIN-Vektoren nicht.[7] [8]

Lentiviren

Lentiviren sind eine Gattung innerhalb der Retroviren. Sie können im Gegensatz zu Gammaretroviren auch ruhende Zellen infizieren und haben daher ein potenziell breiteres Anwendungsspektrum. Die komplexere Biologie der Lentiviren ist der Grund, warum die Entwicklung von Vektoren aus Lentiviren schwieriger ist und weshalb diese Vektoren erst nach längerer Vorlaufzeit brauchbare Ergebnisse wie beispielsweise hohe Titer lieferten.[9] Nach einer im November 2006 publizierten ersten klinischen Studie, bei der lentivirale Vektoren zum Einsatz kamen, um die Replikation von HIV-1 in Patienten mit Aids zu unterdrücken, wurde positive Bilanz gezogen.[10] Auch von lentiviralen Vektoren wurden SIN-Vektoren erzeugt,[11] die einen wichtigen Fortschritt für die Sicherheit bedeuten.[12]

Foamyviren

Foamyviren sind eine Unterfamilie innerhalb der Retroviren. Einen Vorteil gegenüber einfachen Retroviren stellt beispielsweise das große Genom der Foamyviren dar, so dass auch größere therapeutische Gene verpackt werden können. Gegenüber Lentiviren ist vor allem die allgemeine Apathogenität der Foamyviren hervorzuheben, so dass selbst bei replikationskompetenten Vektoren von einer geringen Gefahr auszugehen ist. Auch weitere biologische Eigenschaften, wie z. B. dass bei der Integration weniger als bei MLV oder HIV aktive Gene bzw. Transkriptionsstartstellen bevorzugt werden, haben in letzter Zeit das Interesse der Wissenschaft an Foamyviren als Vektoren geweckt. Ein Problem stellt allerdings beispielsweise die mangelnde Pseudotypisierbarkeit der Foamyviren dar.

Adenoviren

Anders als die Lentiviren integrieren Adenoviren nicht in das Genom der Zelle und werden auch nicht während der Zellteilung repliziert. Ihr Einsatz für die Grundlagenforschung ist daher limitiert. Ihr Hauptanwendungsbereich liegt in der Immunisierung[13] oder in der Gentherapie, wenn nur eine vorübergehende Expression des Zielgens gewünscht ist. Dies ist in der Tumorbekämpfung mit onkolytischen Viren der Fall.[14] In der dritten Generation adenoviraler Vektoren ist die Produktion der Virionen von Kofaktoren in einer Verpackungszelllinie abhängig.[15][16] Auch AdV-Vektoren induzieren eine Vektorimmunität, sodass man einen Serotyp pro Patienten nur einmal einsetzen kann.[17][18]

Adeno-assoziierte Viren

Das Adeno-assoziierte Virus (AAV) führt beim Menschen zu asymptomatischen Koinfektionen während einer adenoviralen Infektion. Die Adeno-assoziierten viralen Vektoren haben eine maximale DNA-Länge von acht Kilobasen (einzelsträngig), die noch in Virionen verpackt werden können.[19] Bei der Verwendung selbst-komplementärer DNA sinkt die maximale Länge eines Transgens auf fünf Kilobasen, bei Längen darüber sinkt der Virustiter.[20] Da wie bei allen viralen Vektoren Antikörper gegen die viralen Proteine (in diesem Fall gegen Kapsidproteine) im Rahmen einer angeborenen und einer adaptiven Vektorimmunität entstehen, sodass man zur Vermeidung eines vorzeitigen Abbaus des Vektors oder überschießender Immunreaktionen einen Serotyp pro Patienten nur einmal einsetzen kann,[21] werden fortlaufend neue Serotypen entwickelt.[22][23] Jedoch wurden Integrationen von AAV-Vektoren auch in transkriptionsaktiven Bereichen des Genoms gefunden, was zur Entstehung von Tumoren beitragen kann.[24][25]

Baculoviren

Baculovirale Vektoren werden in Zellkulturen von Insektenzellen (Anwendungen ohne adaptives Immunsystem) unter anderem zur Produktion von AAV-Vektoren eingesetzt.[20][26]

Quellen

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↑ J. C. Pagès, T. Bru: Toolbox for retrovectorologists. In: J Gene Med. (2004) Bd. 6 Suppl 1, S. S67-82. PMID 14978752 .
↑ Pressemitteilung der European Society of Gene Therapy (ESGT) zum vierten Leukämiefall
↑ Goff SP and Berg P.: Construction of hybrid viruses containing SV40 and lambda phage DNA segments and their propagation in cultured monkey cells. Cell.(1976) 9:695-705. PMID 189942
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↑ Bushman FD: Retroviral integration and human gene therapy. J Clin Invest. 2007 Aug;117(8):2083-6. PMID 17671645
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Literatur

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Curtis A. Machida (Hrsg.):Viral Vectors for Gene Therapy. Methods and Protocols Humana Press, 2002. ISBN 978-1588290199

Yersinia enterocolitica

Yersinia enterocolitica ist zusammen mit Y. pseudotuberculosis der Erreger der Yersiniose.

Eigenschaften

Yersinia enterocolitica ist ein gramnegatives, sporenloses Stäbchen. Yersinien wachsen aerob und fakultativ anaerob. Y. enterocolitica ist Cytochrom c Oxidase negativ und Katalase positiv. Y. enterocolitica kann Hämin- sowie Hydroxamat-gebundenes Eisen verwerten. Die optimale Wachstumstemperatur liegt bei 28° C. Die Begeißelung ist monotrich bis peritrich. Die optimale Beweglichkeit findet sich bei Inkubation von 22-28°C. Y. enterocolitica ist ein sog. psychrophiles Bakterium, d.h. es vermehrt sich auch bei Temperaturen zwischen 0 und 4 °C. Diese Eigenschaft wird bei der sog. Kälteanreicherung bei der Anzucht ausgenutzt.

Verursachte Krankheiten

Y. enterocolitica kann abhängig von Alter, Immunstatus u. a. unterschiedliche Erkrankungen hervorrufen:

Kleinkinder und Säuglinge entwickeln bei einer Infektion meist eine selbst-limitierende, 1-2 Wochen andauernde Gastroenteritis mit Fieber, Erbrechen und blutigen Durchfällen.
Kinder und Jugendliche entwickeln, wie auch durch Yersinia pseudotuberculosis hervorgerufen, eine mesenteriale Lymphadenitis (Morbus Maßhoff, Maßhoff-Lymphadenitis) mit einer akuten terminalen Ileitis (Pseudoappendizitis). Nicht selten erfolgt eine Wurmfortsatz-Entfernung wegen eines Verdachts auf Appendizitis. Begleitend tritt meist Fieber auf. Die Erkrankung heilt in der Regel nach etwa 2 Wochen aus.
Akute Arthritiden
Morbus Reiter
Yersiniose des Schweins

Verbreitung, Epidemiologie

Y. enterocolitica findet sich weltweit in tierischen Reservoiren, v. a. in Schweinen. Infektionen finden sich daher häufig nach dem Genuss von nicht ausreichend erhitzten tierischen Produkten, so z. B. rohem Schweinefleisch und Milch. Infektionen durch verunreinigte Gewässer sind ebenfalls möglich.

Übertragung

Die Übertragung erfolgt durch direkte Erreger-Aufnahme.

Inkubationszeit

Die Inkubationszeit beträgt nur wenige Tage.

Diagnostik

Der Erreger-Nachweis erfolgt durch Anzucht aus Stuhl, Biopsien oder Blut. Hierzu wird meistens der Selektivagar CIN (Cefsoludin-Irgasan-Novoniocin-Agar) eingesetzt auf dem Yersinien innerhalb 1–2 Tagen zu roten bullaugenförmigen Kolonieen heranwachsen. Die Identifizierung erfolgt mit Hilfe der ‚Bunten Reihe‘. Serologische Nachweise können aktuelle sowie länger zurückliegende Infektionen sichern. Beim Nachweis einer akuten Infektion durch das Labor besteht eine namentliche Meldepflicht an das zuständige Gesundheitsamt nach dem Infektionsschutzgesetz § 7.

Therapie

Da die Yersiniose meist selbstlimitierend verläuft, ist eine antibiotische Behandlung in der Regel nicht notwendig. Schwere Gastroenteritiden sowie systemische Erkrankungen können mit Tetracyclinen, Chinolonen oder Cephalosporinen der 3. Generation behandelt werden. Da Y. enterocolitica β-Lactamasen bilden, sind Aminopenicilline nicht wirksam.

Historisches

Y. enterocolitica wurde erstmals 1938 von Schleifstein und Colemann aus einer granulomatösen Hautläsion isoliert.

Yersinia pseudotuberculosis

Yersinia pseudotuberculosis ist ein pathogenes Gram-negatives Bakterium aus der Gattung Yersinia. Auch Menschen können sich infizieren, meist über kontaminierte Nahrungsmittel (insbesondere Fleisch) oder Wasser, die durch Y. pseudotuberculosis ausgelöste Erkrankung ist also eine Zoonose. Infektionen über den Kontakt mit Haustieren spielen dagegen keine größere Rolle.

Geschichte

Die durch den Erreger verursachte Krankheit wurde erstmals 1883 bei Meerschweinchen beschrieben. 1889 isolierte Pfeiffer den Erreger und nannte ihn Bacillus pseudotuberculosis. Molaret ordnete das Bakterium 1966 den Yersinien zu.

Eigenschaften

Y. pseudotuberculosis ist ein etwa 1,5–6 x 0,4–0,8 µm großes Bakterium mit wechselnder Gestalt. Es ist begeißelt und bei Zimmertemperatur beweglich. Es bildet keine Sporen und wächst unter Sauerstoffanwesenheit (aerob). Y. pseudotuberculosis besitzt viele Gemeinsamkeiten mit Y. pestis, dem Erreger der Pest, letzterer wurde eine Zeit lang auch als Unterart von Y. pseudotuberculosis angesehen. Biochemisch verhalten sich beide Erreger annähernd gleich, so dass eine Differenzierung über die Bunte Reihe nicht möglich ist.

Man unterscheidet 20 verschiedene O-Antigene und 5 verschiedene H-Antigene. Aus deren Kombination werden 11 Serogruppen von Y. pseudotuberculosis differenziert. In Deutschland sind ausschließlich die Serovare O:1, O:2 und O:3 verbreitet.

Das Bakterium ist relativ resistent gegenüber Umwelteinflüssen und kann sich bei Temperaturen über 18 Grad Celsius in Wasser vermehren. Im Boden bleibt Y. pseudotuberculosis über viele Monate infektiös. Zur Anzüchtung eignen sich alle konventionellen Nährböden, insbesondere Blutagar.

Der Erreger besitzt ein breites Wirtspektrum. Als Reservoir gelten Nagetiere, Hasenartige und Wildvögel. Sie scheiden den Erreger mit dem Kot aus.

Infektion beim Menschen

Erregerreservoir für den Menschen sind vor allem latent infizierte Hausschweine, von denen der Erreger über Schweinefleisch eine Lebensmittelinfektion auslöst.

Die Inkubationszeit beträgt ein bis zwei Wochen. Die Infektion führt zu Dünndarmerkrankungen mit Befall der Lymphknoten. Vor allem Kinder und Jugendlichen entwickeln, wie auch durch Yersinia enterocolitica hervorgerufen, eine mesenteriale Lymphadenitis (Morbus Maßhoff, Maßhoff-Lymphadenitis) mit einer akuten terminalen Ileitis (sog. Pseudoappendizitis). Das Krankheitsbild kann unter den Anzeichen einer Darmentzündung (Enteritis), als scheinbare Blinddarmentzündung oder mit den Symptomen eines Morbus Crohn auftreten.

Die Krankheitserreger werden zwei bis zehn Wochen lang ausgeschieden. Als Folgeerkrankung kann eine Gelenkentzündung (Arthritis) im Rahmen einer Autoimmunerkrankung entstehen. Dabei wirken Yersinien-Antikörper gegen körpereigenes Gewebe.

Infektion bei Tieren (Rodentiose, Pseudotuberkulose, Nager-Tuberkulose)

Bei Nagetieren und Vögeln kann der Erreger ein der Tuberkulose ähnliches Krankheitsbild hervorrufen. Besonders empfänglich sind Meerschweinchen und Ratten („Rodentiose“, Nagetiere=Rodentia), Hasen und Puten. Aber auch bei anderen Tieren (Kaninchen, Chinchilla, Nutria, Nerz, Hausgeflügel, Kanarienvogel, Fuchs, Reh) kann Y. pseudotuberculosis ein der Tuberkulose ähnliches Krankheitsbild hervorrufen. Infektionen bei den klassischen Haussäugetieren sind sehr selten. Der Begriff „Pseudotuberkulose“ sollte vermieden werden, da er mit der Pseudotuberkulose der Schafe und Ziegen (Erreger: Corynebacterium pseudotuberculosis) doppelt belegt ist. Auch der Begriff „Nager-Tuberkulose“ ist irreführend, da die Erkrankung nicht durch Mykobakterien verursacht wird. Unter dem Begriff „Yersiniose“ werden die Erkrankungen durch Y. pseudotuberculosis und Y. enterocolitica zusammengefasst.

Die Infektion erfolgt oral, bei Raubtieren meist durch Aufnahme infizierter Nagetiere, bei den übrigen über mit Kot verschmutztes Futter. Der Erreger bildet im Darm herdförmige Läsionen und breitet sich über das Blutgefäßsystem im Körper aus, es entsteht eine Septikämie mit Schwellung der Milz. Hier kann bei empfänglichen Tieren bereits der Tod durch Kreislaufversagen eintreten. Solche akuten Krankheitsverläufe zeigen vor allem Puten, die mit schweren Allgemeinstörungen (Atemnot, Hautverfärbungen, Lahmheit) innerhalb weniger Tage versterben.

Wird die Septikämie überstanden, entwickeln sich tuberkuloseähnliche Herde in inneren Organen (Milz, Leber, Niere, Lunge, Lymphknoten), wobei die vergrößerten Lymphknoten unter Umständen durch die Bauchwand getastet werden können. Diese subakute Form ist bei Nagetieren, Hasenartigen und Vögeln der Regelfall, die Tiere sterben nach 2 bis 3 Wochen unter Abmagerung und Lähmungen.

Die Haussäugetiere (Hund, Katze, Schaf, Ziege, Rind, Schwein) und Ziervögel können an subakuten Durchfallerkrankungen mit Abmagerung und Gelbsucht erkranken. Die Erkrankung verläuft so unspezifisch, dass die Diagnose zumeist erst in der Pathologie gestellt wird. Auch als Erreger von Lungenentzündungen und bei Wiederkäuern von Euterentzündungen und Fehlgeburten wurde Y. pseudotuberculosis isoliert.

Bekämpfung

Zur Therapie eignen sich bei Tieren die meisten Breitbandantibiotika, beispielsweise eine Langzeitbehandlung mit Chloramphenicol. Die Therapie ist allerdings häufig nicht erfolgreich. Bei Meerschweinchen ist die Behandlung nahezu aussichtslos, hier sollten infizierte Tiere getötet werden.

Zur Prophylaxe wird eine konsequente Nagerbekämpfung empfohlen. Zootiere wie Affen oder Vögel können geimpft werden.

Literatur

H.-J. Selbitz: Yersinia. In A. Rolle und A. Mayr (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie, Infektions- und Seuchenlehre. Enke, Stuttgart, 7. Aufl. 2001. ISBN 3-432-84686-X

Gekröse

Als Gekröse wird eine Bauchfellfalte an einem inneren Organ bezeichnet, die in der Regel als Aufhängeband fungiert und das Organ mit der Leibeswand verbindet.

Entsprechend der Organbeteiligung wird das Gekröse unterteilt in das

Mesenterium ist der Oberbegriff für das Aufhängeband des Darms. In der Human- und Veterinäranatomie wird der Begriff auch einschränkend speziell für das Gekröse des Dünndarms, genauer des Jejunum (Mesojejunum) und Ileum (Mesoileum) verwendet.
Mesocolon: das Aufhängeband des Dickdarms
Mesogastrium: der embryonalen Aufhängeapparat des Magens, unterteilt in vorderes und hinteres Mesogastrium (in der Tieranatomie Mesogastrium dorsale und ventrale).
Mesovarium: den Aufhängeapparat des Eierstocks
Mesosalpinx: jenen des Eileiters
Mesometrium: die Bauchfellduplikatur beidseits der Gebärmutter

Die Bauchfellduplikaturen um die inneren weiblichen Geschlechtsorgane – Mesovar, Mesosalpinx und Mesometrium – werden auch als Ligamentum latum uteri zusammengefasst.

Der Bauchfellüberzug der Hoden und Nebenhoden stellt insofern eine Besonderheit dar, als er mit dem Hodenabstieg seine physiologische Verbindung mit der Leibeshöhle verliert.

Umgangssprachlich wird das Wort Gekröse auch synonym für Innereien gebraucht, heute meist negativ oder ekelhaft konnotiert.

Polyp (Geschwulst)

Polypen sind makroskopisch sichtbare, meist gestielte Ausstülpungen der Mukosa (Schleimhaut). Ihr beschreibender Name leitet sich von den Polypen der Nesseltiere her (griechisch polypous = „Vielfüßer“), welche ein gestieltes Stadium in deren Individualentwicklung beschreiben.

Deskriptiv

Das medizinische Wort Polyp ist rein deskriptiv (z. B. Nasenschleimhautpolyp – entzündlich; Dickdarmpolyp – neoplastisch) und sagt weder etwas über die Ätiologie noch etwas über die Dignität aus, d. h. ein neoplastischer Polyp kann sowohl gut- als auch bösartig sein. Die Differenzierung kann nur feingeweblich nach Abtragung erfolgen.

Erkrankungen

Über die endoskopische Abtragung von Dickdarmpolypen mit einem flexiblen Instrument wurde erstmals an der Universität Erlangen am 13. März 1971 von P. Deyhle berichtet. Damit wurde in Deutschland die Grundlage für die Vorsorge-Koloskopie gelegt. Gleichzeitig war dies der Beginn der operativen Endoskopie.[1]

Das Auftreten von vielen Polypen wird als Polyposis bezeichnet. Möglich ist solch ein Befund in der Gebärmutter (Polyposis uteri), dem Magen (Polyposis ventriculi), den Nasennebenhöhlen als sog. Nasenpolyp (Polyposis nasi et sinuum) sowie im Rahmen mehrerer Krankheitsbilder im Darm (Polyposis coli).

Abgrenzung

Vergrößerte Rachenmandeln heißen Adenoide. Sie kommen häufig bei Kindern vor und werden umgangssprachlich als „Polypen“ bezeichnet.

Literatur

↑ Deyhle P. Results of endoscopic polypectomy in the gastrointestinal tract. Endoscopy, Suppl. 1980, 35 - 46 PMID 7408789

Appendizitis - Blinddarmentzuendung

(Weitergeleitet von Blinddarmentzündung)

Unter einer Appendizitis wird eine Entzündung des Wurmfortsatzes des Blinddarms verstanden. Im deutschen Sprachraum wird dieses Krankheitsbild medizinisch nicht korrekt als Blinddarmentzündung bezeichnet, im Mittelalter auch die Seitenkrankheit genannt.[1] Ist tatsächlich der Blinddarm (das Caecum) entzündet, wird in der Fachsprache von einer Typhlitis gesprochen.

Der Verlauf der Erkrankung kann von einer leichten Reizung über die schwere Entzündung bis hin zum Wanddurchbruch (Perforation in die freie Bauchhöhle) und damit zu einer Peritonitis führen.

Anatomie, Ursachen, Häufigkeit

Der Blinddarm ist der „blinde“ Anfangsteil des im rechten Unterbauch aufsteigenden Dickdarms (Colon ascendens). Am Blinddarm befindet sich ein Anhängsel, der so genannte Wurmfortsatz (Appendix vermiformis). Der Wurmfortsatz enthält viele Lymphfollikel und kann sich durch Infektion mit Krankheitserregern, öfter jedoch durch Verlegung zum Beispiel mit Kotsteinen oder Fremdkörpern wie Kirschkernen, seltener Kernen von Weintrauben oder Melonen, entzünden. Ein Wurmbefall (Spulwürmer oder Oxyuren) des Darms ist manchmal damit assoziiert.

Die Appendizitis ist die häufigste Ursache für das akute Abdomen und tritt in westlichen Ländern mit einer Häufigkeit von etwa 100 Fällen pro 100.000 Einwohner pro Jahr auf. Das Risiko, im Laufe des Lebens an einer Appendizitis zu erkranken (Life-time-risk), liegt bei etwa 7–8 %.

Der Häufigkeitsgipfel der Appendizitis liegt zwischen dem 9. und 14. Lebensjahr. Kleinkinder erkranken seltener, haben aber eher nur geringe klinische Symptome und atypische Verläufe, so dass die Erkrankung gefährlicher ist. Bei Kindern über 2 Jahren ist die Appendizitis die häufigste Ursache des akuten Abdomens.

Beschwerden

Hauptsymptom ist der klinische Symptomwechsel: Meist sind Schmerzen in der Gegend des Bauchnabels (periumbilikal) sowie in der Magengegend spürbar, die sich innerhalb weniger Stunden in den rechten Unterbauch verlagern. Häufig leiden die Patienten unter Appetitlosigkeit, Übelkeit, Erbrechen und bekommen in fortgeschrittenen Stadien eine Darmlähmung (paralytischer Ileus). Die Körpertemperatur kann auf bis zu 39 °C ansteigen (Fieber; dabei besteht eine Temperaturdifferenz zwischen rektaler und axillärer Messung von etwa 1 °C) mit entsprechend beschleunigtem Puls (Tachykardie). Durch eine Verlagerung des Wurmfortsatzes kann es bei Schwangeren zu Schmerzen im rechten Ober- oder Mittelbauch kommen. Bei älteren Patienten sind die Beschwerden nicht so deutlich ausgeprägt, sodass die Symptome nicht so leicht zugeordnet werden können (sog. Altersappendizitis). Die Symptome einer akuten Appendizitis sind nicht immer typisch, sodass die Diagnosestellung schwierig sein kann. Bei einer retrozäkalen Appendizitis kommt es sehr häufig zu einer Mitentzündung des Harnleiters. Eine hierbei auftretende Erythrozyturie und Leukozyturie darf dann nicht zu einem vorschnellen Verwerfen der Diagnose Appendizitis führen.

Diagnostik

Die Diagnose der Blinddarmentzündung wird im Rahmen der ärztlichen Untersuchung gestellt. Am wichtigsten sind dabei die Anamnese, die Laboruntersuchungen (Leukozyten, CRP), der Ultraschall und bei untersuchungstechnischen Schwierigkeiten das CT. Es gibt keinen Beweis dafür, dass eine Appendizitis vorliegt. Allerdings ist bei einem typischen Befund im Ultraschall die Diagnose mittlerweile sicher, da sich die Ultraschallauflösung in den letzten Jahren stark verbessert hat. Der Ausschluss einer Appendizitis bei überblähtem Darm oder bei adipösen Patienten ist jedoch oft schwierig. Auch die Computertomographie kann hilfreich sein, insbesondere, wenn der betroffene Patient sehr dick oder dessen Darm überbläht ist und dessen Bauch deswegen im Ultraschall und mittels Tastbefund schlecht beurteilbar ist.

Die früher übliche Temperaturdifferenzmessung Achselhöhle-Mastdarm (0,5–1 K) wird heute kaum mehr durchgeführt.

Klinische Untersuchung und Labor

Die Diagnose Wurmfortsatzentzündung erhärtet sich durch klinische Befunde:

Erhebung der Vorgeschichte und körperliche Untersuchung des Patienten mit Abtasten von dessen Bauch

Die Palpation des Unterbauchs McBurney-Punkt, Lanz-Punkt, retrogrades Darmausstreichen in Richtung Appendix (sog. Rovsing-Zeichen)
Kontralateraler Loslassschmerz (Blumberg-Zeichen): Hierbei wird auf der Körpergegenseite (kontralateral, also links) ein manueller Druck auf den Unterbauch ausgeübt und plötzlich wieder losgelassen. Im positiven (=zutreffenden) Fall stellt sich daraufhin rechts ein Schmerz ein.
Psoas-Dehnungsschmerz (das Bein wird im Hüftgelenk gegen einen Widerstand gebeugt, wenn dabei Schmerzen im Unterbauch auftreten, ist der Test positiv)
Douglas-Schmerz (Schmerzen bei digital-rektaler Untersuchung)

Temperaturmessung
Blutuntersuchung, eventuell auch Urinuntersuchung

Laboruntersuchung des Blutes (Leukozytose, Erhöhung des CRP u. a.)

bei Frauen immer gynäkologische Untersuchung

Bei der Anamnese ist die Verlagerung des Schmerzes vom mittigen Oberbauch in den rechten Unterbauch und das Aufhören des anfangs periumbilikalen (bauchnabelnahen) oder epigastrischen (magennahen) Schmerzes möglich. Die Ursache für diese charakteristische Schmerzwanderung liegt in der lokalen Einbeziehung des dem Entzündungsherd benachbarten Peritoneum parietale in den Erkrankungsprozess (Viszeralschmerz → Peritonealschmerz).

Das plötzliche Auftreten eines schmerzfreien Intervalles mit anschließenden massiven Schmerzen im ganzen Bauchraum spricht für einen Durchbruch (eine Darmperforation) der Appendizitis

Bildgebung

Ultraschalluntersuchung des Bauchraumes (Kokardenformation, tubuläre Struktur, Abszess, Ausschluss anderer Erkrankungen): Als spezifischtes Zeichen für einen Appendizitis gilt ein maximaler Außendurchmesser des Appendix von mehr als 6 mm oder 7 mm,[2] wobei ein größerer Durchmesser spezifischer ist. Der entzündete Appendix ist zumindest teilweise rund im transversen Schnittbild und nicht kompressibel. Ein Appendicolith ist ebenfalls spezifisch für eine Appendizitis, unabhängig vom maximalen Außendurchmesser des Appendix.[3] Sekundäre Zeichen der Appendizitis sind eine Wanddicke von mehr als 3 mm, ein Halo wegen eines Ödems und vermehrtes ödematöses mesenterisches Fett.[4]
Computertomographie (CT)
evtl. Röntgen des Abdomens im Stehen

Differenzialdiagnosen

Die folgende Liste der möglichen anderen Diagnosen, die sich hinter einer vermuteten Blinddarmentzündung verbergen können (Differenzialdiagnosen), ist lang. Sie umfasst alle Krankheiten, die sich durch starke Bauch - und Unterleibsschmerzen äußern. Der medizinische Begriff für diesen Komplex ist "akutes Abdomen". Durch technische Untersuchungsmöglichkeiten und klinische Verlaufsuntersuchungen lassen sich diese Möglichkeiten meist auf wenige Krankheiten reduzieren.

Gastrointestinale Differenzialdiagnosen

Cholezystitis
Morbus Crohn
Divertikulitis
Meckel-Divertikel
Zwölffingerdarmgeschwür
Gastroenteritis
Enterokolitiden
Darmverschluss
Tumorerkrankungen

Karzinoid

Pankreatitis mit Exsudatstraße in Richtung rechter Unterbauch
Darmperforation
Volvulus
unspezifische Bauchschmerzen (Reizdarm)
Appendicitis epiploica[5]
Lymphadenitis mesenterica (Yersinien)

Gynäkologische und urologische Differenzialdiagnosen

Tubargravidität
Endometriose
stielgedrehte Ovarialzyste
Adnexitis
Ruptur einer Ovarialzyste
Harnleiterstein
Pyelonephritis
Hodentorsion
Blasenentzündung
perinephritischer (nierennaher) Abszess
Ovarialvenenthrombose

Pulmologische Differenzialdiagnosen

Pleuritis
basale Pneumonie
Lungeninfarkt

Systemische Differenzialdiagnosen

Ketoazidose bei Diabetes mellitus
Porphyrien
Purpura Schönlein-Henoch

Differenzialdiagnosen bei Kindern

Gastroenteritis
rechtsbasale Pneumonie
Harnwegsinfekte
Obstipation
stielgedrehte Ovarialzyste bei Mädchen
Zöliakie
Meckel-Divertikel

Behandlung

Die Qualität der Behandlung wird an der Rate der nichtindizierten Appendektomien (negative Appendektomierate) gemessen. Die negative Appendektomie wird durch histologische Untersuchung gesichert. Die negative Appendektomierate, d.h. das Vorliegen einer normalen Appendix bei positivem Untersuchungbefund beträgt zwischen 10 bis 40 %.[6] Bei zusätzlicher Diagnostik, nach chirurgischer Evaluation, mittels der Computertomographie kann die negative Appendektomierate auf 4 % gesenkt werden.[7]

Ein Abwarten mit konservativer Behandlung (Bettruhe, Antibiose, Nahrungskarenz und laborchemische Kontrollen) ist prinzipiell möglich. Bei diesem Vorgehen kann die negative Appendektomierate Studien zufolge auf 6 % gesenkt werden.[8]

Grundsätzlich bleibt die Operation indiziert, wenn eine akute Appendizitis nicht mit hinreichender Sicherheit auszuschließen ist. Das Risiko der negativen Appendektomien ist geringer anzusetzen als das Risiko der akuten Appendizitis. Bei bis zu 28 % der Patienten wird bei der Operation eine Perforation der Appendix festgestellt, die mit einer Letalität (Sterblichkeit) von ca. 10 % einhergeht (beim Auftreten einer diffusen Peritonitis bis zu 30 %).[9] Dabei sollte möglichst früh (innerhalb von etwa 48 Stunden) operiert werden. Die Appendektomie kann offen chirurgisch durch den sogenannten Unterbauchwechselschnitt (sog. Laparatomie) durchgeführt werden oder laparoskopisch mit Hilfe einer in die Bauchhöhle eingeführten Kamera und weiteren Arbeitszugängen (sog. minimal-invasive Laparoskopie bzw. „Schlüssellochchirurgie“).

Die Prognose (Aussicht auf Heilung) der Erkrankung ist gut. Die Letalität beim Eingriff liegt bei nichtperforierter Appendizitis unter 0,001 % und ist damit sehr gering. Bei Durchbrüchen der Entzündung in die freie Bauchhöhle (Perforation) liegt sie allerdings bei etwa 1 %.

Komplikationen

Konglomerattumor
perityphlitischer Abszess
Perforation mit Peritonitis (etwa 5 bis 10 % der operierten Fälle)
Douglas-Abszess
Paralytischer Ileus

Geschichte der Erkrankung

Bis ins frühe 20. Jahrhundert wurde die Blinddarmentzündung konservativ behandelt, allerdings bei echter Appendizitis mit schlechtem Ergebnis. Ein prominenter Fall war der englische König Eduard VII., der 1901 den Thron bestieg und kurz vor seiner Krönung eine schwere Blinddarmentzündung nur mit Mühe überlebte. Der Naturwissenschaftler Hermann Minkowski starb noch 1909 in Göttingen an einer Peritonitis.

Einer der ersten deutschen Chirurgen, der sich für die operative Entfernung des entzündeten Wurmfortsatzes einsetzte, war der gebürtige Mecklenburger Bernhard Riedel. Dieser studierte Medizin in Jena und Rostock, habilitierte in Göttingen und wurde 1888 Ordinarius und Direktor der Chirurgischen Klinik in Jena. Gleichzeitig mit dem Amerikaner McBurney erarbeitete Riedel den Wechselschnitt als Operationstechnik. McBurney veröffentlichte 1889 vor der New York Surgical Society seinen klassischen Bericht über frühzeitiges operatives Eingreifen bei der Appendizitis. Er beschrieb die Stelle des stärksten Schmerzes im rechten Unterbauch, die seither als McBurney-Punkt bekannt ist. Nach den ersten chirurgischen Erfolgen bei der Blinddarmentzündung wurde die Krankheit für mehrere Jahrzehnte eine rein chirurgische Angelegenheit. Der Chirurg diagnostizierte sie und operierte sie. Dies führte zu einer relativ hohen Zahl von Blinddarmoperationen. Ein Meilenstein in der chirurgischen Technik war die Einführung und Verbreitung der laparoskopischen Appendektomie in den Jahren 1980 bis 1990.

Mit der Verfeinerung der bildgebenden Diagnostik des Ultraschalls und des CTs sowie der Erweiterung der Entzündungsdiagnostik im Blut mittels CRP und Leukozyten wanderte die Indikationsstellung zur Appendektomie wieder etwas zurück in die Innere Medizin und die Zahl der unnötigen Blinddarmoperationen ging zurück. Heute wird nur etwa jeder zehnte Patient mit Verdacht auf Blinddarmentzündung operiert. Erstaunlich in der medizinischen Geschichte der Blinddarmentzündung ist die geringe Erfahrung mit der antibiotischen Therapie dieser Erkrankung. Auch im Vergleich operative Therapie gegen eine operative Therapie plus Antibiotikagabe gibt es kaum verwertbare vergleichende Untersuchungen.

Literatur

C. McBurney: Experience with early operative interference in cases of disease of the vermiform appendix.

New York Medical Journal, 1889, 50: 676-684. PMID 4893208

http://xxx

Englischsprachige Zeitschrift über die Krankheit und ihr Umfeld

Appendicitis: A Medical Dictionary, Bibliography, and Annotated Research Guide to Internet References (Paperback)

by Icon Health Publications
ein englischsprachiges Buch über die Erkrankung.

Einzelnachweise

↑ http://www.xxx nach N. Gordon: Der Medicus
↑ Rumack C. M. et al (2011) Diagnostic Ultrasonic Imaging, 4. Auflage, Mosby ISBN 978-0-323-05397-6, Seite 286
↑ Rumack C. M. et al (2011) Diagnostic Ultrasonic Imaging, 4. Auflage, Mosby ISBN 978-0-323-05397-6, Seite 288
↑ Goldin A.B.; Khanna P.; ThapaM.; McBroom J. A.; Garrison M. M.; Parisi M. T. (2011) Revised ultrasound criteria for appendicitis in children improve diagnostic accuracy Pediatr Radiol 41: 993–999
↑ Groß et al. Eine seltene Ursache für Schmerzen im rechten Unterbauch. Med Klin (2009) 104 (3) S. 249-250
↑ Loch: Notfälle nach Leitsymptomen. Deutscher Ärzte-Verlag, 2006, S. 7. ISBN 978-3-7691-0424-0
↑ J. L. Antevil, L. Rivera u.a.: Computed tomography-based clinical diagnostic pathway for acute appendicitis: prospective validation. In: Journal of the American College of Surgeons. Band 203, Nummer 6, Dezember 2006, S. 849–856, ISSN 1072-7515 . doi:10.1016/j.jamcollsurg.2006.08.012 . PMID 17116553 .
↑ I. Montali, M. von Flüe: Die akute Appendizitis heute. In: Schweiz Med Forum 8(24), 2008, S. 451–455. (PDF 395kByte)
↑ Domschke, Göke, Kalden: Therapie-Handbuch Innere Medizin Sonderedition. Urban & Fischer Verlag, 2011, S. 392–395, ISBN 3-4372-2702-5

Peritonitis - Bauchfellentzuendung

(Weitergeleitet von Bauchfellentzündung)

Die Peritonitis ist eine Entzündung des Bauchfells (Peritoneum). Ist die Peritonitis örtlich begrenzt, spricht man von einer lokalen Peritonitis. Betrifft sie das gesamte Peritoneum, handelt es sich um eine diffuse (generalisierte) Peritonitis. Nach der Ursache unterscheidet man außerdem die primäre von der sekundären Peritonitis.

Eine Pseudoperitonitis, auch Scheinperitonitis oder Abdominalsyndrom genannt, tritt häufig im Krankheitsverlauf des diabetischen Komas, der akuten intermittierenden Porphyrie oder der Addison-Krise auf. Die Ursache ist weitestgehend ungeklärt.

Symptome, Befund und Diagnostik

Eine lokale Peritonitis verursacht einen starken, aber örtlich begrenzten Bauchschmerz (z. B. akute Appendizitis).

Charakteristisch für eine diffuse Peritonitis ist neben starken Bauchschmerzen eine zunehmende Abwehrspannung der gesamten Bauchmuskulatur, die sich bis zum brettharten Bauch steigern kann.

Die Peritonitis ist nur selten eine eigenständige Erkrankung, sondern ein Leit-Symptom. Die akute generalisierte Peritonitis äußert sich in einem akuten Abdomen mit paralytischem Ileus. Außerdem werden die Bauchbeschwerden aus unterschiedlichen Ursachen von Allgemeinbeschwerden begleitet. Diese können von Fieber, Übelkeit, Brechreiz, Erbrechen bis zur Schocksymptomatik ausgeprägt sein.

Ursachen

Die häufigste Ursache der Peritonitis ist auch heute noch die akute Appendizitis. Die hierbei freigesetzten Keime sind meist Escherichia coli, Enterokokken, seltener Salmonellen, Strepto- oder Staphylokokken. Die Gallenkolik wird von vielen Patienten immer noch als lästiges Symptom ihres bekannten Gallensteinleidens hingenommen, dabei ist die akute Cholezystitis heute der häufigste Grund für eine Oberbauch-Peritonitis. Differentialdiagnostisch muss bei diesem Krankheitsbild auch an eine akute Entzündung der Bauchspeicheldrüse gedacht werden.

Die Perforation eines Zwölffingerdarmgeschwürs ist durch die Behandlung dieser Erkrankung (Helicobacter-Eradikation) eher selten geworden.

Die Divertikulitis ist, nach der Appendizitis, zur zweithäufigsten Ursache einer Unterbauch-Peritonitis aufgerückt. Auch schwere Entzündungen der inneren Geschlechtsorgane der Frau (eitrige Eileiterentzündung) können dieses Krankheitsbild auslösen.

Eine Peritonitis kann auch infolge eines unbehandelten Darmverschlusses entweder aufgrund des Keimaustritts aus der dünnen, mechanisch geschädigten Serosa (Durchwanderungsperitonitis) oder aufgrund der Ruptur des aufgestauten Darmes eintreten. Eine Durchwanderungsperitonitis kann auch Folge der Nekrose des Darms beim Mesenterialinfarkt sein.

Weitere Ursachen einer Peritonitis können perforierende Darmverletzungen infolge von Fremdkörpern oder perforierende Bauchverletzungen (Stich- und Schussverletzungen) sein. Darüber hinaus kann das in Mitteleuropa seltene Familiäre Mittelmeerfieber u.a eine Peritonitis hervorrufen.

Die Peritonitis tritt außerdem als häufigste Komplikation der Bauchfelldialyse auf. Auch unter aseptischen Bedingungen kommt es circa einmal in 16 bis 24 Behandlungsmonaten zu einer Peritonitis[1]. Diese kann durch unsteriles Arbeiten am Peritonealkatheter, eine Leckage am Katheter, unsterile Spüllösung oder einen Infekt am Katheteraustritt verursacht sein.

Die Peritonealkarzinose wird im klinischen Sprachgebrauch auch als Peritonitis carcinomatosa bezeichnet: Die ausgedehnte Tumoraussaat auf das Bauchfell führt hier zu einer nicht bakteriellen entzündlichen Reaktion, oft mit ausgeprägter Aszitesbildung.

Differenzialdiagnose

Einige Erkrankungen können klinisch eine Peritonitis vortäuschen.

Die Vorstufe des Mesenterialinfarkts, die so genannte Angina abdominalis führt häufig zum Bild des akuten Abdomens, ohne dass eine Peritonitis vorliegt.

Das beginnende ketoazidotische Koma beim (meist jungen) Diabetiker kann ebenfalls eine akute Peritonitis vortäuschen (Pseudoperitonitis diabetica).

Klinische Symptome

Bei einer lokalen Peritonitis (z. B. akute, nicht perforierte Appendizitis) findet sich in der Regel ein lokaler Druckschmerz der Bauchdecke, eventuell zusätzlich ein Loslassschmerz und eine lokale Abwehrspannung, hinzu kann ein durch Anspannung bestimmter Muskeln ausgelöster Schmerz (Psoas-Dehnungsschmerz) kommen; Spontanschmerz kann fehlen („So im Liegen tut mir gar nichts weh.“). Der Allgemeinzustand ist oft nur gering beeinträchtigt, Fieber kann vorliegen, aber auch fehlen. Die Darmgeräusche sind allenfalls gering vermindert.

Bei der generalisierten Peritonitis wirkt der Patient bereits auf den ersten Blick schwer krank (Facies hippocratica). Das Gesicht wirkt eingefallen, grau, die Atmung ist flach, der Puls beschleunigt, der Blutdruck niedrig, manchmal aber auch stark erhöht. Die Beine werden im Liegen angezogen. Die Bauchdecke ist stark angespannt („bretthartes Abdomen“), jede Berührung, selbst leichtes Klopfen, bereitet starke Schmerzen. Darmgeräusche sind kaum bis gar nicht hörbar. Meist besteht hohes Fieber. Dieses Krankheitsbild wird auch unter dem Begriff Akutes Abdomen zusammengefasst.

Bei sehr alten, hinfälligen Patienten kann ein großer Teil dieser Symptome fehlen, beispielsweise durch verkümmerte (atrophe) Bauchmuskulatur, die keine Anspannung mehr leisten kann.

Bei der Bauchfelldialyse fällt neben Bauchschmerzen als erstes Symptom die Trübung des Dialysats auf, die durch die erhöhte Leukozytenzahl verursacht wird. Außerdem kann die Ultrafiltrationsmenge deutlich abnehmen, so dass zusätzlich noch eine Überwässerung droht.

Diagnostik

Laborchemische und apparative diagnostische Methoden helfen bei der Diagnosestellung und geben oft auch Hinweise auf den Grund der Peritonitis. Im weiteren beschränkt sich die Aufstellung auf die akute, generalisierte Peritonitis.

Laborchemische Untersuchungen

Im frühen Stadium der akuten Peritonitis sind vor allem die zwei wichtigsten Entzündungsparameter auffällig: Im Blutbild findet sich eine deutliche Erhöhung der Leukozytenzahl, das CRP ist ebenfalls stark erhöht. Die BSG (Blutsenkung) ist ebenfalls stark beschleunigt, im Bereich der Chirurgie wird dieser Parameter wegen seiner geringen Spezifität mittlerweile allerdings nicht mehr routinemäßig genutzt.

Im fortgeschrittenen Stadium findet man laborchemisch weitere pathologische Befunde: Veränderungen der Gerinnungsparameter (Abfall der Thrombozytenzahl, Erhöhung der Fibrinogenkonzentration, Verlust von Prothrombin und Thromboplastin) sind Zeichen einer Verbrauchskoagulopathie; Verschlechterung der Nierenfunktionswerte (Anstieg von Harnstoff und Kreatinin im Blut), der Leberwerte (Anstieg der Transaminasen, Abfall der Cholinesterase) und Abfall des Hämoglobinwertes sind Anzeichen für ein beginnendes Multiorganversagen.

Sonografie

Die Ultraschalluntersuchung des Bauches erbringt meist freie Flüssigkeit und/oder freie Luft in der Bauchhöhle. Sichtbar wird hierbei auch die verminderte Motilität (Eigenbewegung) des Darmes. In vielen Fällen gelingt es mit der Sonografie die Ursache der Peritonitis (Gallenblasenperforation, Dickdarmileus mit Perforation, Pankreatitis etc.) einzugrenzen.

Röntgenuntersuchung

Die radiologische Untersuchung des Bauches – meist eine einfache Leeraufnahme des Abdomens ohne Kontrastmittel im Stehen oder in Linksseitenlage kann freie Luft (als Zeichen einer Hohlorganperforation) und/oder das Vorliegen eines Darmstillstandes zeigen. Eine Computertomografie oder Magnetresonanztomographie kann zusätzlich Hinweise auf die Ursache der Peritonitis geben.

Therapie

Operative Behandlung

Die Therapie der akuten Peritonitis ist immer operativ. Der Zeitpunkt der Operation wird so früh wie irgend möglich angesetzt, da das Krankheitsbild meist einen rasch progredienten, oft sogar foudroyanten Verlauf nimmt. Die Grundprinzipien der chirurgischen Therapie sind:

Elimination des Entzündungsherdes, also definitive operative Behandlung der Grunderkrankung oder Verletzung
Entfernung von Nekrosen, Eiter und Fibrinbelägen (Debridement und Peritoneallavage)
Vollständige Sekretableitung aus allen Bereichen der Bauchhöhle (Drainage)

Als operative Therapie der Grunderkrankung kommen – je nach Ursache der Peritonitis – in Frage: Die Appendektomie, die Cholezystektomie, die Sigmaresektion oder entsprechende Resektion anderer Darmabschnitte, die Exzision und Übernähung eines perforierten Ulcus duodeni und einige andere. Im Rahmen einer Peritonitis wird einer notwendigen Anastomose in aller Regel ein Enterostoma („künstlicher Darmausgang“) vorgeschaltet, da die Gefahr einer Anastomoseninsuffizienz in entzündlich veränderter Umgebung immer deutlich erhöht ist. Das Enterostoma verhindert durch Gasbildung entstehenden Druck auf die Anastomose und schützt im Falle einer Insuffizienz die Bauchhöhle vor dem Austreten von Darminhalt.

Je nach Zeitpunkt der ersten Intervention finden sich Nekrosen z. B. des großen Netzes, des Mesenteriums oder anderer Gewebe. Diese müssen so vollständig wie möglich entfernt werden (Debridement), da sie ein idealer Nährboden für Bakterien sind, durch die die Entzündung aufrechterhalten wird. Auch der meist in großen Mengen vorhandene eitrige Aszites muss durch Spülung mit physiologischer Kochsalzlösung oder Ringerlösung vollständig entfernt werden (Lavage). Abschließend wird die Bauchhöhle mit einer antiseptischen Lösung, meist Taurolidin, gespült.

Da das entzündete Peritoneum auch nach der Operation noch reichlich Exsudat produziert, welches ebenfalls ein guter Nährboden für Keime ist, wird dieses durch großlumige Drainagen aus allen vier Quadranten der Bauchhöhle abgeleitet.

Intensivmedizinische Begleittherapie

Da die akute eitrige Peritonitis ein schweres septisches Krankheitsbild mit entsprechend vielfältigen Komplikationen (s. u.) darstellt, erfolgt die postoperative Behandlung immer auf der Intensivstation.

Oft wird der Patient so lange nachbeatmet, bis der klinische Zustand und die laborchemischen Untersuchungsergebnisse eine eindeutige Besserung zeigen. Die Nachbeatmung erleichtert die erforderliche hochdosierte Analgesie, da auf atemdepressive Nebenwirkungen der eingesetzten Analgetika, meist Opiate und Opioide wie Fentanyl oder Hydromorphon, die intravenös mittels Spritzenpumpe verabreicht werden, keine Rücksicht genommen werden muss. Außerdem unterstützt die optimale Oxygenierung (Sauerstoffanreicherung) des Blutes den Organismus bei der körpereigenen Infektabwehr, die unter Hypoxie deutlich reduziert ist.

Die systemische Therapie erfolgt durch hochdosierte Gabe einer geeigneten Kombination von Breitspektrum-Antibiotika und Antimykotika (z. B. Piperacillin+Metronidazol+Fluconazol), die der Resistenzlage der vorgefundenen Keime angepasst werden.

Prognose

Je nach Ausprägung und Begleiterkrankungen reicht die Sterblichkeit (Letalität) von nahezu 0 bis über 50 %. Zur Abschätzung der Letalität steht der Mannheimer Peritonitis-Index zur Verfügung.

Peritonitis bei Tieren

Häufige Ursachen für eine Peritonitis bei Tieren sind Verletzungen der Bauchwand, Rupturen der Gallenblase durch stumpfe Traumen (Pferdetritt) oder schwere Erkrankungen der Gallenblase (biliäre Peritonitis), die Darmwand perforierende Fremdkörper oder Tumore, Verletzungen und Rupturen der Gebärmutter bei der Geburt oder nach einer Pyometra, Rupturen der Harnblase und Verletzungen des Mastdarms bei unsachgemäßer rektaler Untersuchung. Bei Katzen gibt es mit der FIP eine Virusinfektion, die sich vor allem als Bauchfellentzündung manifestiert. Bei Rindern sind vor allem in den Netzmagen perforierende Fremdkörper Ursache für eine Peritonitis.

Klinisches Bild, Diagnostik und Behandlung entsprechen weitgehend der Peritonitis des Menschen, lediglich für die FIP gibt es keine Behandlung.

Literatur

R.W. Nelson und C.G. Couto: Innere Medizin der Kleintiere. Elsevier Urban & Fischer. ISBN 3-437-57040-4

Einzelnachweise

↑ Dialyse für Pflegeberufe, Hrsg. Hans E. Franz, Thieme, 1996; S. 175

Lymphknoten

Ein Lymphknoten (Nodus lymphoideus, veraltet Nodus lymphaticus, Abk. Nl. (Singular) / Nll. (Plural) oder Lymphonodus, Abk. Ln., Plural Lnn.) ist eine „Filterstation“ für die Lymphe (Gewebswasser) und gehört zum Lymphsystem. Jeder Lymphknoten ist für die Aufnahme und Filtration der Lymphe einer Körperregion zuständig. Dieses gefilterte Areal wird tributäres Gebiet genannt, der Lymphknoten ist der regionäre Lymphknoten dieses Gebiets.

Lymphknoten gehören zum Abwehrsystem (Immunsystem) eines Organismus. Man findet sie beim Menschen und bei allen Säugetieren, in primitiver Form auch bei Vögeln.

Größe

Lymphknoten sind normalerweise beim Menschen circa 5–10 mm groß und oval oder unregelmäßig geformt, in der Leiste und am Hals können sie auch bis 20 mm groß werden. Sind sie größer als 2 cm und nehmen eine kugelförmige Gestalt an, dann sind sie aktiviert und mit der Abwehr von Krankheiten beschäftigt. Bei Tieren können Lymphknoten zu sehr großen Gebilden verschmelzen. So ist beispielsweise der Kniefaltenlymphknoten beim Rind bis zu 11 cm lang und 2 cm dick.

Anatomischer Aufbau

Ein Lymphknoten ist von einer Kapsel umgeben, von der Bindegewebssepten (Trabekel) ins Innere ziehen. Das funktionelle Gewebe im Inneren ist ein lymphoretikuläres Gewebe. Es besteht aus Retikulumzellen und freien Zellen (Lymphozyten, antigenpräsentierende Zellen). Die Retikulumzellen bilden im Lymphknoten ein dreidimensionales Maschenwerk, dessen Hohlräume als Sinus lymphaticus bezeichnet werden.

Das lymphoretikuläre Gewebe des Lymphknotens ist in drei Gebiete gegliedert, in denen die Lymphozyten an körperfremden Eiweißen immunologisch „reifen“:

In der Rinde (Cortex) sind die Lymphozyten zu Rindenfollikeln (Lymphknötchen) organisiert. Sie dienen der Vermehrung und Differenzierung der B-Lymphozyten.
Im Mark (Medulla) ist das lymphoretikuläre Gewebe in Strängen gelagert.
Zwischen Rinde und Mark liegt eine Übergangszone (Paracortex) in der die Vermehrung der T-Lymphozyten stattfindet.

Die Lymphe aus dem Einzugsgebiet des Lymphknotens wird als Primärlymphe bezeichnet. Sie tritt über zuführende Lymphgefäße (Vasa lymphatica afferentia, Singular Vas lymphaticum afferens) durch die Kapsel und durchströmt primär das Sinussystem. Die Sinuswandzellen und Makrophagen vollziehen unspezifische Phagozytose. Ein geringer Teil der Primärlymphe sickert in das lymphatische Gewebe ein und regt bei Vorhandensein von Antigenen die Differenzierung von Lymphozyten an. Die dabei entstehenden ausdifferenzierten T-, Plasma- und Gedächtniszellen gelangen somit in die Lymphe und die Primär- wird damit zur Sekundärlymphe. An der Austrittspforte (Hilum oder Hilus) wird die Sekundärlymphe über ein abführendes Lymphgefäß (Vas lymphaticum efferens) abgeleitet.

Bei den Lymphknoten der Schweine sind die Verhältnisse von Mark, Rinde, Gefäßen und damit auch der Stromweg umgekehrt. Das zuführende Gefäß tritt durch den Hilum, das Mark ist peripher, die Rinde zentral angeordnet und die abführenden Gefäße verlassen den Lymphknoten durch die Kapsel.

Die wichtigsten Regionen mit Lymphknoten

an Kopf und Hals (hinter dem Ohr: Lnn. retroauriculares, unterhalb des Ohrs: Lnn. parotidei (Lnn. präauriculares), Hinterhaupt: Lnn. occipitales, Unterkiefer: Lnn. submandibulares, Kinn: Lnn. submentales)

im Nacken (Retropharyngeallymphknoten)
entlang der Halsgefäße (Halslymphknoten)

in der Achselhöhle (Achsellymphknoten)
an der Bauchwand (Leistenlymphknoten, Kniefaltenlymphknoten)
im Bauch (Lendenlymphknoten, Magenlymphknoten)
im Brustraum (Mediastinallymphknoten)

Untersuchungsmöglichkeiten

Oberflächlich gelegene Lymphknoten lassen sich mit den Fingern tasten. Für genauere Untersuchungen und die Darstellung tiefer Lymphknoten finden Ultraschall, Computertomografie (CT), Magnetresonanztomografie (MRT), Lymphografie und Szintigrafie (siehe Wächterlymphknoten) Anwendung.

Durch eine gezielte Gewebsprobe (Biopsie) aus dem Lymphknoten oder die chirurgische Entnahme eines auffälligen Lymphknotens kann Untersuchungsmaterial für eine histopathologische Untersuchung gewonnen werden.

Erkrankungen

Bei Erkrankungen im tributären Gebiet gelangen Fremdzellen und -partikel in den regionären Lymphknoten und es kommt zu einer Reaktion. Das in Flussrichtung davor (peripherer) liegende Gebiet muss dann als Ort der Erkrankung angesehen werden. Antigene lösen die Vermehrung von B- und T-Lymphozyten aus. Der Lymphknoten schwillt infolgedessen an und wird meist erst dadurch wahrgenommen (Lymphadenitis bzw. Lymphom). Aktivierte Lymphknoten haben im Ultraschallbild einen verbreiterten dunklen Rand und sind vermehrt durchblutet.

Es gibt Krebsarten, die direkt die Lymphknoten befallen (Morbus Hodgkin, Non-Hodgkin-Lymphome).

Literatur

Uwe Gille: Herz-Kreislauf- und Abwehrsystem, Angiologia. In: F.-V. Salomon u. a. (Hrsg.): Anatomie für die Tiermedizin. Enke-Verlag Stuttgart, 2. Aufl. 2008, S. 404-463. ISBN 978-3-8304-1075-1

Yersinia

Bakterien der Gattung Yersinia gehören zur Familie der Enterobacteriaceae, unter denen man eine Gruppe verwandter gramnegativer Stäbchenbakterien versteht, die sich fakultativ anaerob vermehren. Benannt wurden sie nach dem Schweizer Bakteriologen Alexandre Émile Jean Yersin, der 1894 in Hongkong den Erreger der Pest Yersinia pestis entdeckt hat und die erste Reinkultur der Bakterien anlegte. Außerdem entdeckte er die besondere Rolle der Ratten und der Rattenflöhe bei der Übertragung der Seuche.

Von den 11 Yersinia-Spezies sind drei von besonderer medizinischer Relevanz. Als Therapie werden bei Yersinia-Erkrankungen Antibiotika wie Ciprofloxacin, Chloramphenicol, Tetracyclin oder Cotrimoxazol eingesetzt. Bei Infektionen mit Y. pseudotuberculosis, Y. enterocolitica sind chemotherapeutische Maßnahmen in der Regel nicht erforderlich.

Medizinisch bedeutsame Arten

Yersinia pestis

Das Bakterium Yersinia pestis ist der Erreger der Pest und ist eines der weltweit am meisten gefürchteten Bakterien überhaupt. Es handelt sich um ein unbewegliches Stäbchen ohne Geißel und ohne Sporenbildung mit der Fähigkeit zur Harnstoffspaltung. Das Bakterium ist jedoch auch ohne Sporen monatelang lebensfähig in Speichel, Kot und Eiter sowie eingetrocknet in Parasiten wie dem Rattenfloh oder an den Wänden von Wohnhöhlen verschiedener Nagetiere (beispielsweise Ratten). Es befällt auch Schweinefleisch.

Empfindlich ist es jedoch gegenüber Schimmelpilzen. Die Erregung der tödlichen Erkrankung erfolgt durch die Bildung verschiedener Gifte auf und im Körper der infizierten Personen. Meist kommt es zur lymphogenen Streuung der Yersinien, klinisch erkennbar an charakteristischen blauschwarzen druckschmerzhaften Beulen (Bubonen). Kommt es zur Streuung in die Blutbahn, resultiert eine Pestsepsis, bei einer Streuung in die Lunge eine sekundäre Lungenpest mit hochinfektiösem Sputum. Die Inkubationszeit beträgt zwischen 1 und 7 Tage, bei direkter aerogener Infektion nur wenige Stunden. Unbehandelt hat die Bubonenpest eine Letalität von 50–60%, die Pestpneumonie und Pestseptikämie fast immer 100%. Bei adäquater und rechtzeitiger Therapie mit Tetrazyclinen, Chinolonen oder Cotrimoxazol sinkt die Letalität der Beulenpest auf 5–10%, bei der Pestseptikämie auf 33–60%. Die Diagnose der Pest erfolgt durch den Nachweis des Erregers im Bubonenpunktat, Sputum oder Blut. Dabei wird die Mikroskopie und die Kultur eingesetzt (RKI, 2005).

Seit 2001 gehört Yersinia pestis zu den sequenzierten Organismen, das Genom des Bakteriums ist vollständig bekannt.

Yersinia pseudotuberculosis

Yersinia pseudotuberculosis ist ein Stäbchenbakterium, das sich durch eine Begeißelung einer begrenzten Zone (peritriche Begeißelung) auszeichnet und bei Bedarf kurzzeitig ohne Sauerstoff (anaerob) leben kann. Es ruft bei Nagetieren Pseudotuberkulose hervor, eine Erkrankung mit tuberkuloseähnlichen Symptomen. Beim Menschen zeigt sich klinisch eine Lymphadenitis mesenterica mit terminaler Ileitis, die schwer von einer Appendizitis zu unterscheiden ist (daher auch "Pseudoappendizitis").

Yersinia enterocolitica

Yersinia enterocolitica ist der Erreger der enteralen Yersiniose; einer fieberhaften Darmentzündung (Enterocolitis oder Enteritis) als Folge einer Nahrungsmittelvergiftung. Häufig treten Begleiterscheinungen wie ein ausgedehntes Erythema nodosum, eine Yersinia-Arthritis oder die Reiter-Krankheit mit Ekzemen der Handinnenflächen und der Fußsohlen auf.

Humanpathogene Stämme tragen ein Virulenzplasmid. Vektoren (Überträger auf den Menschen) sind häufig Nagetiere, in Mitteleuropa Ratten. Die häufigste Übertragung auf den Menschen findet jedoch durch ungenügend gegartes Schweinefleisch statt.

Eine Infektion mit Yersinien ist meldepflichtig und muss deshalb vom behandelnden Arzt dem jeweiligen Gesundheitsamt gemeldet werden.

Für die Erkrankungsdiagnose werden, abhängig von der Verlaufsform, kulturelle und serologische Verfahren eingesetzt. Neben der Enteritis sind insbesondere bei immunsupprimierten Personen auch extraintestinale Manifestationen wie z. B. Sepsis oder Lymphadenopathie zu beobachten. Typischerweise treten bei ca. 20% der Infizierten immunopathologische Reaktionen auf, z. B. in Form einer reaktiven Arthritis.

Literatur

Stichwort „Yersinia“ in Pschyrembel Medizinisches Wörterbuch. 257. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 1993; Seite 1679

Arthritis

Die Arthritis (Pl. Arthritiden) ist eine entzündliche Gelenkerkrankung. In der englischsprachigen Literatur wird dieser Begriff grundlegend anders verwendet. Abzugrenzen ist dieser Begriff von den degenerativen Veränderungen, den Arthrosen, die im Englischen ebenfalls als Arthritis oder Osteoarthritis bezeichnet werden. Während es sich bei den Arthrosen um ein „kaltes“ Geschehen, den Gelenkverschleiß, handelt, können die Entzündungen grundsätzlich mit Überwärmung, Schwellung und Rötung verbunden sein.

Einteilung

Prinzipiell unterteilt wird die Arthritis nach der Ursache. Eine akute und bedrohliche Erkrankung ist die eitrige, bakterielle Arthritis, bei der Keime im Gelenk für die Entstehung verantwortlich und z. T. auch nachweisbar sind. Synonym mit der eitrigen Arthritis werden auch die Begriffe Pyarthros und Gelenkempyem gebraucht.

Von der eitrigen Arthritis unterschieden wird die (nichtbakterielle) Arthritis bei rheumatischen Erkrankungen, die postinfektiöse Arthritis (z. B. bei der Spät-Borreliose, bei der Coxitis fugax), die Arthritis bei Stoffwechselerkrankungen (z. B. Gicht). Auch die „aktivierte Arthrose“, bei der es infolge von immunologischen Reaktionen auf den mechanischen Abrieb bei Verschleißgelenken ebenfalls zu einer Gelenkentzündung kommt, gehört in diese Kategorie – hier passt dann auch der englische Begriff der „Osteoarthritis“ wieder. Darüber hinaus existieren weitere seltenere Ursachen einer Arthritis.

Nach der Verteilung über den Körper wird zwischen einer „Monarthritis“ (nur ein Gelenk ist erkrankt), einer „Oligoarthritis“ (einige/wenige Gelenke sind erkrankt) und einer „Polyarthritis“ (viele Gelenke sind erkrankt) unterschieden.

Bakterielle Arthritis

Grob unterscheiden lassen sich bei der eitrigen bakteriellen Arthritis zwei Ursachen. Die Keime gelangen entweder durch Verletzungen (posttraumatisch), die den Gelenkinnenraum eröffnen, oder auf dem Blutweg („hämatogen“) in das Gelenk. Eine der häufigeren Ursachen des direkten Keimeintritts sind neben den Verletzungen ärztliche Eingriffe („iatrogen“). Bei Operationen, aber auch bei Injektionen in ein Gelenk können Bakterien eingeschleppt werden. Auch eine gelenknahe, meist hämatogene Osteomyelitis kann in ein Gelenk einbrechen und zu einer eitrigen Arthritis führen.

Bei erwachsenen immunkompetenten Patienten findet sich als Erreger in der Hälfte der Fälle Staphylococcus aureus, in etwa 25 % Staphylococcus epidermidis und in knapp 15 % Streptokokken. Bei Kindern und immungeschwächten Patienten lassen sich häufiger seltenere Keime und auch Shigellen[1] nachweisen, entsprechend muss die antibiotische Therapie dann anders gestaltet werden.

Symptome und Diagnostik

Bei der eitrigen Arthritis kommt es zu einer ausgeprägten Entzündungsreaktion mit Rötung, Schwellung und Überwärmung, wenn die Gelenke oberflächlich liegen (Knie, Ellenbogen, Sprunggelenk). Hinzu treten erhebliche Schmerzen, die durch Bewegung intensiviert werden. Belastung und Bewegung im betroffenen Gelenk sind eingeschränkt. Bei Kindern besteht eine Spielunlust. Das betroffene Gelenk wird spontan nicht mehr belastet oder bewegt. Meist kommt es auch zu einer allgemeinen Krankheitssymptomatik. Diagnostisch zeigt sich ein Gelenkerguss, der z. B. an Knie und Ellenbogen tastbar, an den anderen Gelenken, z. B. an der Hüfte, sonografisch darstellbar ist. Bei der Blutuntersuchung finden sich erhöhte Entzündungswerte (C-reaktives Protein, Leukozytenzahl, Blutsenkungsgeschwindigkeit). Bei klinischem Verdacht auf eine eitrige Arthritis sollte eine umgehende Gelenkpunktion erfolgen. Das Aussehen des Gelenkergusses dient der weiteren Differenzierung. Auch kann ein Abstrich entnommen werden und daraus ein Erregernachweis erfolgen.

Behandlung

Eine eitrige Arthritis stellt eine sehr schwere Schädigung eines Gelenkes dar. Einerseits kommt es innerhalb von Stunden bis Tagen zur Zerstörung des Gelenkknorpels, andererseits können sich die Keime ausbreiten und zu einer allgemeinen Entzündungsreaktion bis hin zur Sepsis, zum akuten Nierenversagen und zum Tod führen. Die erforderliche Behandlung umfasst in der Regel eine umgehende chirurgische Intervention, in erster Linie die Gelenkeröffnung (Arthrotomie), bei fast allen großen Gelenken (Knie, Hüfte, Sprunggelenk, Ellenbogen, Schulter) auch die Gelenkspiegelung (Arthroskopie). Diese wird mit einer ausführlichen Spülung und einem sorgfältigen Debridement, der teilweisen oder vollständigen Entfernung des infizierten Materials und vollständigen oder teilweisen Resektion der Schleimhaut durchgeführt. Eine früher durchgeführte Saug-Spül-Drainage wird inzwischen selten eingesetzt, stattdessen wird eine sogenannte Intervall-Arthroskopie durchgeführt: Regelmäßige arthroskopische Spülung an jedem 2. Tag bis zum Verschwinden der Entzündungszeichen und bis zum fehlenden Bakteriennachweis. Parallel muss eine Antibiose durchgeführt werden, die zunächst ungerichtet breit wirken muss, und nach Erhalt des Erregernachweises gezielt verändert werden kann. Die Antibiose sollte zunächst intravenös erfolgen, nach einigen Tagen ist eine Umstellung auf eine orale Therapie möglich. Wichtig ist wegen der Gefahr eines Rezidivs die regelmäßige Kontrolle des Lokalbefundes und der Entzündungsparameter im Blut.

Sonderformen

Bei der Gelenktuberkulose stellt das für die Spül-Saug-Drainage operativ eröffnete Gelenk ein hohes Ansteckungsrisiko für die Pflegekräfte und Ärzte dar, die sich um die Versorgung des Patienten kümmern. Die notwendige tuberkulostatische Behandlung dauert wesentlich länger als bei anderen eingedrungenen Keimen.
Tabische Arthropathie: Sie ist eine Spätfolge der Syphilis und tritt im dritten, „tertiären“ Stadium der Syphilis auf. Vermutet wird hier eine Auswirkung der Syphilis auf die das Gelenk versorgenden Nerven. Ein direkter Zusammenhang mit den örtlichen Wirkungen der Infektionserreger besteht nicht.

Diese Infektarthropathien können ohne rechtzeitige und richtige Behandlung zur kompletten Zerstörung eines oder mehrerer Gelenke führen.

Pilzbedingte Arthritis

Eine Arthritis kann auch durch Candida parapsilosis- und Candida krusei-Pilze hervorgerufen werden[2].

Nicht-infektionsbedingte Arthritiden

Sie werden zu den Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises gezählt. Es handelt sich hierbei um Autoimmunprozesse, bei denen körpereigene Substanzen fälschlich als „fremd“ eingestuft und vom Abwehrsystem des Körpers angegriffen werden.

Die Folge ist zuerst eine Schwellung und Wucherung der Synovialis, der Schleimhautschicht, die für die Ernährung des Gelenkknorpels und die Produktion der Synovialflüssigkeit zuständig ist. Diese wuchernde Schleimhaut überwächst allmählich, von den Rändern ausgehend, den Knorpel und zerstört ihn. Die Bezeichnung für diese aggressive, nicht mehr regelrecht funktionierende Synovialis ist „Pannus“. Je nach Typ und Verlaufsform der Arthritis kann das bis zur kompletten Entblößung der knöchernen Gelenkoberfläche reichen, dann reibt Knochen auf Knochen. Dieser Abrieb bewirkt, dass die das Gelenk bildenden Knochen sich verkürzen. Das Gelenk wird sehr instabil, der Bandapparat verliert durch den starken Knochenabrieb seine Funktion. Diese sehr schwere Verlaufsform wird als „mutilierend“ (abfressend) bezeichnet.

Die rheumatoide Arthritis (syn. primär chronische Polyarthritis, PCP, chronische Polyarthritis, CP) kann schon in jungen Jahren auftreten. Die Diagnosestellung erfolgt zunächst mit Blutuntersuchungen, im Laborbefund finden sich dann die sogenannten „Rheumafaktoren“. Allerdings kann es sein, dass auch bei schweren Krankheitsbildern die Laborbefunde keine eindeutige Aussage zulassen. Laboruntersuchungen der Synovialflüssigkeit bringen eventuell zusätzliche Informationen. Die feingewebliche (histologische) Untersuchung der Synovia kann ebenso Aufschluss bringen. Das Röntgenbild zeigt charakteristische Veränderungen der gelenknahen Knochen, die „arthritische Randsaumbildung“ genannt werden. Ein weiteres diagnostisches Hilfsmittel ist die Skelettszintigrafie, die einen Überblick über die entzündlichen Aktivitäten liefert und zeigt, welche Gelenke, die von außen oft noch unauffällig sein können, an dem Krankheitsgeschehen beteiligt sind. Bleibt über den Verlauf der Erkrankung der laborchemische Nachweis von „Rheumafaktoren“ negativ, spricht man von einer „seronegativen Arthritis“.

Die Psoriasis-Arthritis tritt im Rahmen einer Psoriasis (Schuppenflechte) auf. Die Diagnosestellung kann dadurch erschwert werden, dass die Gelenkbeteiligung in einigen Fällen Monate oder Jahre vor den typischen Hauterscheinungen der Psoriasis auftritt. Typisch ist hier asymmetrische Verteilung der befallenen Gelenke auf beide Körperhälften. Auch Strahlbefall, z. B. aller Gelenke eines Fingers, distaler Befall aller Fingerendgelenke oder Daktylitis (Entzündung aller Strukturen des Fingers) sprechen für diese Form der Arthritis.

Die Gicht-Arthritis ist Folge einer Störung des Harnsäurestoffwechsels. Charakteristisch sind im Röntgenbild runde, sogenannte „Stanzdefekte“ in den gelenknahen Anteilen des Knochens.

Einzelnachweise

↑ http://www.xxx
↑ Information

Literatur

Juvenile idiopathische Arthritis, Horneff, G., UNI-MED Verlag AG, 2009, 143 S., ISBN 978-3-8374-1086-0
Gerhard Leibold: Arthritis und Arthrose. Jopp-Oesch Verlag, Zürich 2003, ISBN 3-03505-037-6
Arthritis psoriatica. Wolfgang Miehle. Rheumamed-Verlag 2003. ISBN 3-9806607-5-3

Reaktive Arthritis - Morbus Reiter

(Weitergeleitet von Morbus Reiter)

Hierunter werden Entzündungen an Gelenken verstanden, die in Reaktion auf Vorgänge oder Erkrankungen im übrigen Körper entstehen. Die internationalen Klassifizierung von Krankheiten (ICD) führt 2006 in der Gruppe M02 sechs Untergruppen auf.

Die Reitersche-Krankheit (M. Reiter)

Sie ist eine reaktive entzündliche seronegative Gelenkerkrankung, die durch eine Infektion vor allem des Darms oder der Harnwege mit Bakterien (meistens Chlamydien) ausgelöst wird und sich in typischer Weise als Reitersche Trias aus Arthritis, Bindehautentzündung des Auges und Urethritis darstellt, teils an den befallenen Gelenken zusätzlich (Reitersche Tetrade) mit der Reiter-Dermatose, Hautveränderungen ähnlich einer Psoriasis[1]. Andere Bezeichnungen lauten Reiter-Syndrom, Urethro-okulo-synoviales Syndrom, Arthritis dysenterica, postenteritisch reaktive Arthritis, Sexually acquired reactive arthritis (SARA) oder undifferenzierte Oligoarthritis.

Das Syndrom wurde nach dem Berliner Arzt Hans Reiter (1881–1969) benannt, der die Krankheit 1916 erstmals beschrieb. Der Versuch einiger Ärzte, aufgrund von Reiters NS-Vergangenheit den Begriff „Reiter-Syndrom“ durch den Begriff Reaktive Arthritis zu ersetzen, setzte sich nicht durch, da es weitere reaktive Arthritiden anderer Ursache gibt.

Die Reitersche Erkrankung gehört zu den postinfektiösen Gelenkserkrankungen. Bei ihnen können in den betroffenen Gelenken keine Erreger, wohl aber Antigene, DNA oder RNA von Erregern nachgewiesen werden. Offenbar wird durch die Infektion eine Reaktion des Immunsystems hervorgerufen, die sich gegen den eigenen Körper richtet und so eine Autoimmunerkrankung auslöst.

Bei 70 bis 80 % der erkrankten Personen, wird das HLA-B27-Zellenmerkmal (HLA-Klasse I) im Blut nachgewiesen. Dies zeigt Überschneidungen der Reiterschen mit der Bechterewschen Krankheit, zumal wenn bei der Reiterschen Erkrankung eine Spondylarthritis vorliegt.

Epidemiologie

Hauptsächlich betroffen sind junge weiße Männer (Geschlechterverhältnis 20:1) mit einem Altersgipfel von 20 bis 30 (bis 45) Jahren, bei denen es sich gleichzeitig um die häufigste Ursache einer Arthritis handelt. Die Inzidenz dieser weltweit auftretenden Erkrankung liegt bei 3,5 pro 100.000 Männern unter 50 Jahren, in westlichen Ländern bei etwa 4–5 pro 100.000 .

Da die Keime in den meisten Fällen über die Harnwege oder mit der Nahrung (über den Darm) in den Körper gelangen, kann die Erkrankung dementsprechend in einen „postvenerischen Typ“ oder „postdysenterischen Typ“ eingeteilt werden, wobei diese Einteilung mehr über evtl. mögliche prophylaktische Maßnahmen, als über den späteren Verlauf selbst aussagt.

Für den postvenerischen Typ ist Chlamydia trachomatis als hauptverantwortlich zu bezeichnen, für den postdysenterischen Typ kommen unter anderem Salmonellen (Salmonella enteritidis und Salmonella typhimurium), Shigella flexneri, Shigella dysenteriae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter fetus, Clostridium difficile und Mykoplasmen in Frage.

Da die Symptome der Vorerkrankung Urethritis oder Enteritis oft schwach ausgeprägt und flüchtig sind, kann nur geschätzt werden, dass etwa 3 % aller Chlamydieninfektionen und etwa 37 % der typischen Chlamydien-Urethritiden ein Reiter-Syndrom nach sich ziehen.

Symptome

Die Symptome des Morbus Reiter treten meist ein bis sechs Wochen nach der vom Patienten oft nicht bemerkten Infektion auf. Zu den anfänglichen Hauptsymptomen gehören neben möglichem Fieber und Abgeschlagenheit:

Urethritis (Harnröhrenentzündung; unspezifisch, nicht-gonorrhoisch) oder Zervizitis mit schleimigem oder eitrigem Ausfluss
Seltener verbunden mit einer Prostatitis (Prostataentzündung) oder Zystitis (Harnblasenentzündung).
Entzündung der Augenbindehaut , (serös oder purulent) mit entsprechenden Beschwerden;
Als Komplikation kann eine Iridozyklitis auftreten und zu bleibenden Schäden führen
Arthritis: Rötung und Erwärmung eines oder mehrerer Gelenke (Monarthritis oder Oligoarthritis, meist asymmetrisch) hauptsächlich der großen Gelenke der Beine (Kniegelenk, Sprunggelenk), oft verbunden mit ausgeprägten Gelenkergüssen, die den Patienten ans Bett fesseln können.
Sind die oberen Extremitäten (die Arme) betroffen, werden eher die kleinen Gelenke befallen.
Auch Arthritiden des Achsenskeletts (Entzündungen der Wirbelsäulengelenke sowie eine Sakroiliitis) sind möglich.
Häufig ist wiederum eine Entzündung der Achillessehne oder der Plantarfaszie am Fersenbein.
Vielgestaltige Hautveränderungen, die in ihrer Gesamtheit die Diagnose am schnellsten ermöglichen.
Beginn meist mit in Gruppen auftretenden sterilen Pusteln auf erythematösem Grund an Handflächen und Fußsohlen ([1] ), wobei die Bläschen bald platzen und sich ein sog. Keratoderma blenorrhagicum bildet.
Psoriasisähnliche Herde, die besonders über den Gelenken entstehen (damit Differentialdiagnose: Psoriasis-Arthritis), prinzipiell aber überall auftreten können ([2] )
Oberflächliche Ulcera der Mundschleimhaut
Veränderungen ähnlich einer Lingua geographica (Landkartenzunge)
Balanitis circinata an Glans penis (Eichel) und Vorhaut ([3] )
Selten entsteht auch ein Erythema nodosum
Nagelveränderungen wie subunguale Keratosen, Onycholyse und Onychodystrophie sind möglich.

Nach 3–12 Monaten (Wochen bis Jahren) kann es bei bis zu 15 % der Patienten zu Rezidiven kommen. Ebenfalls in 15 % kann die Erkrankung einen chronischen Verlauf nehmen und zur Gelenkszerstörung führen.

Diagnose

Anamnese eines vorangegangenen Infekts (oft nicht zielführend)
Die Laboruntersuchung des Blutes zeigt unspezifische Veränderungen: Entzündungszeichen; antinukleärer Antikörper und Rheumafaktoren fehlen. Sie dient somit in erster Linie der Verdachtserhärtung durch Ausschluss anderer Ursachen.
Der Nachweis von HLA-B27 erhärtet die Verdachtsdiagnose weiter, ist aber im Einzelfall keineswegs beweisend, da auch etwa 8 % der gesunden Bevölkerung dieses Merkmal tragen.
Ein Urethralabstrich oder Zervixabstrich mit Untersuchung auf Chlamydien und Mykoplasmen soll auch bei diesbezüglich beschwerdefreien Patienten durchgeführt werden. Der entsprechende Nachweis erfolgt mittels Erregerkultur oder PCR. Nicht zielführend ist eine alleinige Chlamydien-Serologie. Dagegen ist eine Titerbestimmung der Salmonellen-, Campylobacter und Yersinien-Antikörper in allen Fällen angezeigt.
Röntgen und Magnetresonanztomographie der betroffenen Gelenke

Bei HLA-B27-positiven Patienten sollen Erkrankungen wie ein Morbus Bechterew, Morbus Crohn oder eine Colitis ulcerosa ausgeschlossen werden, da auch dort dieses Gen vermehrt ausgeprägt ist.

Differentialdiagnose

Neben der bereits erwähnten Psoriasis arthropathica auch andere Erscheinungsformen der Psoriasis wie

Psoriasis vulgaris sowohl in der vorwiegend großfleckigen wie auch vorwiegend kleinfleckigen Form, Psoriasis pustulosa Typ Barber-Königsbeck, isolierte Psoriasis palmaris et plantaris sowie die Psoriasis inversa
Sexuell übertragbare Krankheiten wie Sekundäre Lues, Gonorrhoe, Arthritis gonorrhoica, Chlamydien-Urethritis
Chronische Polyarthritis, Rezidivierende Polychondritis
Pilzerkrankungen (Tinea manus, Tinea pedis)
Morbus Behçet, Balanitis erosiva circinata
Acrodermatitis continua suppurativa Hallopeau

Behandlung

Zur schnellen Linderung der entzündlichen Gelenksbeschwerden empfiehlt sich die symptomatische Gabe von NSAR nebst lokalen entzündungshemmenden Maßnahmen (wie Kälteanwendungen). Zudem ist die Beseitigung der verursachenden Infektion durch eine angemessene antibiotische Therapie wünschenswert, allerdings wurde nur bei der urogenitalen Form (Infektion mit Chlamydia trachomatis) ein Nutzen nachgewiesen. Antibiotika werden somit selten eingesetzt – da meist auch keine Erreger nachweisbar sind. Werden sie allerdings nachgewiesen, ist auch eine Behandlung des Sexualpartners (der Sexualpartner) notwendig.

Bei schwerem Krankheitsverlauf und Beteiligung mehrerer Gelenke, vor allem bei Auftreten einer Iridozyklitis müssen Corticosteroide eingesetzt werden, um bleibende Veränderungen zu vermeiden.

Nur bei chronischen Verläufen werden Immunsuppressiva wie Methotrexat und Sulfasalazin eingesetzt.

Quellen

↑ M. Reiter

Formschneider

Formschneider oder auch Xylograph bzw. Xylograf ist ein fast ausgestorbener Beruf, der sich mit Herstellung von Druckformen für die Stoffdruckerei, für Papiertapeten und Spielkarten sowie den teils künstlerischen Holzschnitten beschäftigt. Der letzte seiner Zunft, Rudolf Rieß hat seine sehenswerte Werkstatt in der Innenstadt von Nürnberg. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Abbildungen in Katalogen und Büchern, zur Zeit als es noch nicht möglich war Fotos direkt zu drucken. Die auf die Holzplatte übertragenen Zeichnungen wurden von den Holzschneidern mit Messern, Grabsticheln, Hohl- und Rundeisen sowie Stechbeiteln sowie Knieeisen und Grundmeißeln so ausgeschnitten, dass die nicht druckenden Stellen aus der Holzplatte entfernt wurden. Während der Arbeit ruht das Werkstück meistens auf einem mit Sand gefüllten Polster.

Die historische Bedeutung des Holzstichs begründet sich durch die zunehmende Verbreitung des Buchdrucks, der eine hohe Nachfrage nach Illustrationen mit sich brachte. Der damals bereits verbreitete Holzschnitt, bei dem der Druckstock aus einem Längsholz besteht, erforderte mehr Arbeitsschritte (Schnitt in Faserrichtung und ein weiterer Schnitt in die Gegenrichtung) als das damals bereits bekannte Verfahren des Kupferstichs.

Doch die Druckplatten des Kupferstichs sind für den Buchdruck nicht geeignet. So entwickelte der englische Kupferstecher Thomas Bewick das neue Verfahren des Holzstichs, bei dem ähnlich wie beim Kupferstich gearbeitet wird, als Werkstück aber ein Hirnholz aus Buchsbaumholz verwendet wird. Erst der Holzstich ermöglichte die massenhafte Herstellung von fein detaillierten Illustrationen, die schnell eine große Verbreitung im Buchdruck fanden.

Literatur

Webseite von Rudolf Rieß, http://www.xxx
Rudi Palla: Falkner, Köhler, Kupferstecher. Ein Kompendium der untergegangenen Berufe. Goldmann, München 1997 ISBN 3-442-72120-2
Der Xylograph: Der letzte seines Standes?, http://www.handwerksvideos.de/xylograph.htm
Gordon Friese: Hori-shi. 249 Faksimiles unterschiedlicher Siegel von 96 japanischen Holzschneidern. Verlag im Bücherzentrum, Unna, 2007
Georg Kaspar Nagler: Die Monogrammisten und diejenigen bekannten und unbekannten Künstler aller Schulen, welche sich zur Bezeichnung ihrer Werke eines figürlichen Zeichens, der Initialen des Namens, der Abbreviatur desselben &c. bedient haben. Mit Berücksichtigung von Buchdruckerzeichen, der Stempel von Kunstsammlern, der Stempel der alten Gold- und Silberschmiede, der Majolicafabriken, Porcellan-Manufacturen u.s.w. Nachrichten über Maler, Zeichner, Bildhauer, Architekten, Kupferstecher, Formschneider, Briefmaler, Lithographen, Stempelschneider, Emailleure, Goldschmiede, Niello-, Metall- und Elfenbein-Arbeiter, Graveure, Waffenschmiede u.s.w. Mit den rasonirenden Verzeichnissen der Werke anonymer Meister, deren Zeichen gegeben sind, und der Hinweisung auf die mit Monogrammen oder Initialen bezeichneten Produkte bekannter Künstler ... auch Ergänzung ... des Neuen allgemeinen Künstler-Lexicons, und Supplement zu den bekannten Werken von A. Bartsch, Robert-Dumesnil, C. le Blanc, F. Brulliot, J. Heller u.s.w.

Erster Band , München: Georg Franz, 1858

auch als Nachdruck ab 1991 erhältlich[1]

Einzelnachweise

↑ Angaben der Deutschen Nationalbibliothek

Hans Lützelburger

Hans Lützelburger (Leuczellburger), auch Hans Franck (* um 1495; † Juni 1526), war ein deutscher Formschneider, bekannt für die Holzschnitte, die er für Hans Holbein ausgeführt hatte.

Leben

Von Hans Lützelburger, der vermutlich aus dem Großherzogtum Luxemburg (Lützelburg) stammte, ist nur wenig bekannt. Sein Name als Formschneider taucht zum ersten Mal in Augsburg auf, wo er einen Holzschnitt Kampf von Bauern gegen nackte Männer mit Hanns Leuczelburger Furmschnider signierte. Um 1522 kam er, vermutlich über Mainz, nach Basel, wo er für verschiedene Basler Drucker wie Thomas Wolff, Adam Petri, Johann Froben und Andreas Cratander arbeitete. Die erste bekannte Basler Arbeit ist eine Titeleinfassung der Lutherbibel, die 1522 bei Adam Petri erschien. Die meisten weiteren in Basel entstandenen Holzschnitte basieren auf Vorlagen von Hans Holbein. Zu seinen letzten Werken gehören zwei Holzschnitte, die nach Vorlagen von Holbein 1526 für den Zürcher Drucker Christoph Froschauer entstanden sind: Das Licht des Evangeliums und Der Ablaßhandel. Die Totenbilderserie, die er im Auftrage des Lyoner Druckers Melchior Trechsel anfertigte, blieb zum Teil unvollendet und wurde 1538 erstmals veröffentlicht. Lützelburger starb kurz vor dem 23. Juni 1526 in Basel.

Wegen der Qualität der Ausführung bedeutender Vorlagen gilt Lützelburger als einer der größten Formschneider des 16. Jahrhunderts.[1]

Literatur

Giulia Bartrum: German Renaissance prints 1490-1550. London 1995, ISBN 9780714126043.
Frank Hieronymus: Oberrheinische Buchillustrationen, Band 2: Basler Buchillustration 1500-1545. Basel 1984.
Frank Hieronymus: Lützelburger (Leuczellburger, genannt Franck), Hans . In: Neue Deutsche Biographie
(NDB). Band 15, Duncker & Humblot, Berlin 1987, S. 488 f.
Campbell Dodgson: Hans Lützelburger and the Master N.H. In: The Burlington Magazine, 10/47 (1907), S. 319-322. JSTOR
Eduard His: Lützelburger, Hans. In: Allgemeine Deutsche Biographie (ADB). Band 19, Duncker & Humblot, Leipzig 1884, S. 718 f.

Einzelnachweise

↑ Hieronymus, NDB 1987.

Druckstock

Der Druckstock ist der Oberbegriff für ein im Hochdruck (Buchdruck) verwendetes, seitenverkehrtes Bildelement.

Der Druckstock wird manuell in Holz oder Metall geschnitten oder manuell oder maschinell geätzt (Klischee). Er lässt sich mittels der Stereotypie oder Galvanoplastik duplizieren. Die Druckstöcke bilden zusammen mit den Textelementen, der aus Einzellettern in Holz geschnittenen oder in Metall gegossene Schrifttypen oder Schriftzeilen, die Druckform. Auch Linol- oder Gummi- oder Kunststoffschnitte können als Druckstöcke dienen.

Die Oberfläche des Druckstocks wird auf die gleiche Höhe gebracht wie die Lettern, was durch Aufkleben auf eine entsprechend hohe Unterlage, wie Blei-, Metall- und Kunststoffstege oder Holz geschieht. Klischees werden auch auf Holzunterlagen genagelt (siehe Abbildung oben).

Druckstöcke aus Holz- und Linol sind relativ weich und lassen sich leicht manuell bearbeiten, sie werden bevorzugt im künstlerischen Bereich verwendet. Von ihnen können nur kleine bis mittlere Auflagen gedruckt („abgezogen”) werden, meist für Druckgrafiken, bibliophile Ausgaben oder Plakate. Zum Prägen eignen sich Druckstöcke aus verstahltem Kupfer, aus Messing oder Stahl.

Erste Druckstöcke aus Stein wurden in China etwa um 200 v. Chr. (Erfindung des Papiers), Holztafeldruck für Bücher ab dem 7. Jahrhundert verwandt.

ADB:Trechsel

Trechsel ist der Name mehrerer deutscher Buchdrucker und Verleger, die gegen Ende des 15. und in der ersten Hälfte des 16. Jahrhunderts in Lyon eine bedeutende Thätigkeit entwickelten. Der erste unter ihnen ist Johannes T., sein frühester datirter Druck fällt ins Jahr 1488 (nicht 1487), sein letzter – über dem der Tod ihn ereilte – gehört dem Jahr 1498 an. Wenn Rettig’s Vermuthung (Berner Taschenbuch 1878, S. 283 f.) zuträfe, so würde er aus Burgdorf bei Bern stammen, wo der Name T. heute noch vorkomme, und wohl gar identisch sein mit dem anonymen Drucker, der um 1475 in genanntem Burgdorf thätig war. Allein die Typen des letzteren haben wir wenigstens in keinem der uns zugänglichen Trechsel’schen Drucke wieder gefunden; überdies kommt der Name T. nach Ausweis der Universitätsmatrikeln in jener Zeit an den verschiedensten Orten vor (z. B. in Vilseck, Kranach, Heidenheim, Rotenburg), vor allem aber in Nürnberg, und wenn uns in der Erfurter Matrikel beim Jahr 1454 ein Johannes Drechsel de Nurenberga begegnet, so ist es gar nicht unmöglich, daß wir hier eben den späteren Lyoner Drucker vor uns haben. Der letztere besaß nach allem, was wir feststellen konnten, in der That auch gelehrte Bildung. Seine beträchtlichen Mittel erlaubten ihm allerdings, und der Umfang seines Geschäftes nöthigten ihn wohl auch, einen besonderen Corrector, d. h. einen gelehrten Beistand, sich zu halten. Ob freilich der Grieche Lascaris ihm solche Dienste leistete, ist zum wenigsten zweifelhaft; sicher dagegen ist, daß der Humanist und Dichter Jodocus Badius, der damals in Lyon über griechische und römische Litteratur vortrug und später einer der bedeutendsten Pariser Buchdrucker [553] seiner Zeit geworden ist, seit 1491 von J. T. förmlich als Corrector angestellt war. Da Badius in der Folge J. Trechsel’s hochgebildete Tochter Thalia heirathete und von den Töchtern aus dieser Ehe die eine mit Robert Etienne, eine andere mit Johann Roigny, eine dritte mit Mich. Vascosan sich vermählte, der Letzteren Tochter aber die Frau von Fréd. Morel d. Ae., die Mutter von Fréd. Morel d. J. wurde, so hängen eine ganze Reihe von Druck- und Verlagshäusern und darunter die wichtigsten, die Frankreich im 16. Jahrhundert aufzuweisen hatte (die Etienne und Morel), mit unserem Meister sehr nahe zusammen. Was nun aber J. Trechsel’s Bedeutung selbst betrifft, so kann er unbedenklich als einer der ersten unter den Lyoner Druckern des 15. Jahrhunderts – Lyon war damals nach Venedig die zweite Metropole des Buchdrucks – bezeichnet worden. Schon die Anzahl seiner Drucke ist verhältnißmäßig groß, Hain kennt ihrer 41, darunter umfangreiche Foliowerke, aus allen wissenschaftlichen Fächern, vorwiegend aus dem der Theologie; ihre Zahl ist aber hiermit und auch mit den drei weiteren, die Péricaud ausführt, sicher nicht erschöpft. Aber auch um der Trefflichkeit ihrer Leistungen willen, wegen der Correctheit ihrer Drucke und, wo es sich um alte Texte handelte, wegen der umsichtigen Verwerthung der Handschriften war diese Presse sehr geschätzt. Bildlichen Schmuck hat T. selten angewandt; doch verleugnet der Mann auch hierin seine Tüchtigkeit nicht. Von den Holzschnitten der Terenz-Ausgabe von 1493 sagt Lippmann im Jahrbuch der kgl. preußischen Kunstsammlungen V, 25 f., daß sie „den Anspruch erheben dürfen, dem Besten, was die Epoche auf diesem Gebiet hervorgebracht hat, zugezählt zu werden.“ Sein Druckerzeichen war einfach: auf schwarzem oder rothem Grund ein Doppelkreuz aus einem Kreis emporsteigend; links und rechts davon, im Kreis, die Buchstaben J. T. – Dem Vater wenn nicht gleich an Bedeutung, so doch nahe stehen seine Söhne Melchior und Kaspar T. Sie waren bei des ersteren Tod wohl noch nicht erwachsen, da dessen letzter Druck nicht von ihnen, sondern von dem Buchdrucker Joh. Cleyn zu Ende geführt wurde. Wenn aber ihr frühester bekannter Druck gar erst in’s Jahr 1530 fällt, so hat dies nur einen zufälligen Grund in dem Mangel an genügenden bibliographischen Werken über das 16. Jahrhundert. Daß sie schon vor genanntem Jahre als Verleger bezw. Drucker thätig waren, ersieht man aus einem Actenstück vom Jahre 1526, betreffend den Nachlaß des Basler Formschneiders Hans Lützelburger (s. A. D. B. XIX, 718 f.). Darnach waren die von diesem Meister geschnittenen Hans Holbein’schen Bilder zum Alten Testament durch Melchior T. bestellt – was also jedenfalls vor 1526, vielleicht mehrere Jahre vorher, geschehen war – und sie wurden in der That auch von den beiden Brüdern T. zuerst im Druck herausgegeben, allerdings erst 1538, und zwar sowohl für sich allein mit dem Titel „Historiarum veteris instrumenti icones ad uiuum[WS 1] expressae“ (wiederholt 1539), als auch in Verbindung mit einer Ausgabe der Vulgata. Und noch ein anderes berühmtes Holzschnittwerk Hans Holbein’s d. J. ist von den beiden T. in die Oeffentlichkeit eingeführt worden, die Todesbilder, die mit dem Titel „Les simulachres et historiees faces de la mort“ im gleichen Jahr 1538 erschienen. Wir haben damit bereits einige der wichtigsten Drucke dieser Presse kennen gelernt und fügen ihnen noch zwei weitere an: des Ptolemäus Geographie (latein.) von 1535 und des Santes Pagninus lateinische Bibelübersetzung von 1542. Beide sind von Michael Servet (unter dem Namen Villanovanus) besorgt und das letztere Werk ist von ihm zugleich mit Anmerkungen versehen, an welchen später die Genfer Richter des unglücklichen Mannes Anstoß nahmen. Wenn hiernach Servet bei seiner wiederholten Anwesenheit in Lyon (und Vienne) zum Theil für die T. thätig war, so geschah dies doch wohl nur in freierer Weise, nicht in der Stellung eines förmlichen [554] Correctors, als welcher in der Bibelausgabe von 1542 vielmehr ein anderer Gelehrter (Joh. Nic. Victorius) erscheint. Außer den genannten Drucken haben wir noch etwa 40 – damit aber jedenfalls lange nicht alle – festgestellt; sie gehören wie die Joh. Trechsel’s den verschiedensten Gebieten an und sind im Unterschied von den oben genannten zu einem großen Theil für andere Verleger gefertigt. Auch diese jüngeren T. gebrauchten übrigens eine Druckermarke; dieselbe besteht in einer allegorischen Darstellung, welche wol die alles beherrschende Macht der Vernunft oder etwas Aehnliches bedeuten soll. Auf einem Postament eine dreiköpfige Büste mit Flügeln, unter derselben ein aufgeschlagenes Buch mit der Inschrift: Γνωθι σεαυτον am Fuße des Postaments eine Schlange und mit Ketten an ersteres gebunden zwei Kugeln (eine davon die Weltkugel) – das sind die wesentlichen Theile dieses Druckerzeichens. Um dasselbe steht dann noch gedruckt: Vsus me Genuit. Wie lange die Thätigkeit der beiden Brüder währte, liegt im Dunkeln. Melchior’s Namen haben wir auf einem Druck von 1539 zum letzten Mal gefunden; auf einem solchen von 1541 kommt nur noch sein Bruder vor. Von Kaspar T. sagt Péricaud a. u. a. O. II, 32, er habe 1541 und 1542 in Vienne gedruckt, 1544 aber finde man ihn wieder in Lyon. Wir wissen nicht, wie weit dies richtig ist. Jedenfalls giebt es aus den erstgenannten Jahren Drucke von ihm, die aus Lyon datirt sind, und nach 1542 sind wir seinem Namen nicht mehr begegnet, auch nicht in neuen Auflagen von Werken, die zuerst bei ihm gedruckt worden waren. Ist er über 1542 hinaus noch thätig gewesen, so sicher nicht mehr lange. Mit ihm verschwindet der Name T. aus der Lyoner Druckergeschichte, in welcher er mehr als ein halbes Jahrhundert eine hervorragende Rolle gespielt hat.

Vgl. in Betreff Johannes Trechsel’s Hain’s Repertorium bibliographicum (mit Burger’s Register). – Péricaud, Bibliographie lyonnaise du XVe siècle I. (nouv. éd). II.–IV., Lyon 1851–59, bes. I, Nr. 53, 98, 102, 128; II, p. 14 sq. – In Betreff Melchior und Kaspar Trechsel’s vgl. die Bibliographien von Maittaire, Panzer und Hirsch; ferner: Jahrbücher für Kunstwissenschaft. Jahrg. 3, 1870, S. 165 ff. – Woltmann, Holbein und seine Zeit, 2. Aufl., Leipzig 1874/76 (s. Reg.). – Breghot du Lut & Périgaud, Biographie lyonnaise, Paris 1839, ist uns nicht erreichbar gewesen. – Joh. Trechsel’s Druckerzeichen findet sich bei Brunet, Manuel du libraire, 5 éd., T. III, col. 413 und (mit Typenproben) bei Thierry-Poux, Premiers monuments de l’imprimerie en France, Paris 1890, (Pl. XXIII, 1, 2), dasjenige seiner Söhne s. bei Brunet a. a. O. T. V, col. 1691.

K. Steiff.

Anmerkungen (Wikisource)

↑ vivum

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Holzschnitt

Der Holzschnitt (auch als Xylographie bezeichnet; Zu den xylographischen Verfahren zählt allerdings neben dem Holzschnitt auch der Holzstich sowie der Blockdruck.) ist ein Hochdruckverfahren, bei dem ein reliefartiger hölzerner Druckstock verwendet wird, um Grafiken zu erzeugen; auch die so erzeugte einzelne Grafik wird Holzschnitt genannt.

Zur Herstellung des Druckstocks werden von einem glatt gehobelten Holzbrett mit Schneidemessern die nicht druckenden Teile entfernt und die erhabenen Teile danach eingefärbt und abgedruckt (Hochdruck). Der Abdruck erfolgt durch Handabreibung mittels eines Falzbeins oder durch eine Druckpresse.

Herstellungsprozess im Detail

Herstellung des Druckstocks

In der Regel wird ein Holzblock so zugeschnitten, dass eine etwa zwei bis vier Zentimeter starke Platte entsteht, deren Fasern in der Richtung der Bildfläche verlaufen (Langschnitt). Sie wird sorgfältig gehobelt, geschliffen und geglättet, bis die vollkommen plane Fläche mit einer Grundierung, meist einer dünnen weißen Kreideschicht, überzogen werden kann. Auf dieser Kreideschicht wird in der Regel vom Künstler die Vorzeichnung angebracht, danach mit verschiedenen Messern die vorgezeichneten Linien haarscharf umschnitten. Dies erfolgt nicht mit einem senkrechten Schnitt, sondern mit zwei Schnitten, einem schrägen von der aufgezeichneten Linie weg und einem gegenschrägen (Schnitt und Gegenschnitt), wobei sich dann ein Holzspan entfernen lässt. Am Ende dieses Prozesses bleiben die Linien und Flächen der Zeichnung als Grate, Stege oder Inseln stehen. Bei diesem so genannten Schwarzlinienschnitt wird die Figuration durch schwarze Linien auf weißem Grund gebildet.

Der fertige Druckstock wird schließlich mit Druckfarbe eingefärbt, was durch Aufdrücken eines faustgroßen, getränkten Ballens geschieht oder häufiger noch durch Überrollen mit einer Walze.

Der Druck

Der Druck erfolgt, indem die Holzplatte auf ein saugfähiges, also ungeleimtes und leicht angefeuchtetes Papier gepresst wird (oder umgekehrt), das dadurch die Farbe aufnimmt. Beim Reiberdruck geschieht dies durch Reiben des aufgelegten Papiers mit dem Handballen; beim Bürstendruck wird durch das Streichen einer Bürste über das Papier die notwendige enge Verbindung von Papier und Druckstock bewirkt. Am häufigsten wird der Abzug jedoch mit einer Buchdruckpresse hergestellt, die einen mäßigen vertikalen Druck auf die horizontale Platte mit dem aufgelegten Papier ausübt.

Nach jedem Druckvorgang muss die Platte neu eingefärbt werden. Da Kniehebelpressen, die man früher bevorzugt für den Druck von Holzschnitten verwandte, heute nicht mehr hergestellt werden und kaum noch erhältlich sind, wird häufig auch auf Walzenpressen (Tiefdruckpressen) gearbeitet. Holzschnitte mit hohen Auflagen werden oft auf Buchdruckpressen gedruckt.

Holzschnitte werden mitunter auf den Stein umgedruckt und wie eine Lithografie abgezogen. Es handelt sich dann um eine Lithografie nach einem Holzschnitt, also um eine „originalgrafische“ Reproduktion (siehe auch Grafik).

Verwendete Holzarten

Für den Holzschnitt eignen sich nahezu alle Nutzhölzer. Eine der wenigen Holzarten, die für den Holzschnitt kaum zu gebrauchen ist, ist das der gewöhnlichen Kiefer, da ihr Holz zu inhomogen, gelegentlich astig und zu harzig ist.

Das verwendete Holz wird gewöhnlich als so genanntes Langholz längs zur Faser geschnitten. Harthölzer wie Birne, Nuss oder Kirsche werden besonders gerne für detailliertere Grafiken verwendet, da sie sich im Vergleich zu Weichholz gleichmäßiger schneiden lassen und sich daher auch feine Linien gut erzielen lassen. Weichhölzer eignen sich besonders für großflächige Arbeiten und haben den zusätzlichen Vorteil, dass große Platten oder Bretter günstiger zu erwerben sind als solche aus Hartholz.

Verwendet werden auch Span-, Furnier- und Tischlerplatten oder Sperrholz, so genannter Plattenwerkstoff. Diese Holzformen sind bei Druckgrafikern beliebt, da sie sich nicht verziehen und auch größere Formate günstig zu haben sind. Gelegentlich wird sogar altes Möbelholz für den Holzschnitt verwendet.

Die Maserung oder Struktur eines Holzes wird gelegentlich bewusst als grafisches Element eingesetzt. Dazu eignen sich besonders verwitterte Holzbretter, deren Maserung reliefartig hervorgehoben ist, da die weicheren Schichten durch die Verwitterung bereits erodiert sind. Dieser Effekt lässt sich auch künstlich erzeugen, indem das Holzbrett mit einer Drahtbürste behandelt wird oder die Oberfläche mit verdünnter Salpetersäure angeätzt wird.

Während bei den meisten Holzschnitt-Techniken die Wahl des Holzes im Wesentlichen eine künstlerische Entscheidung ist, ist es beim Holzstich notwendig, dass das verwendete Holz eine feine, enge Faserung aufweist. Präferiert wird das quer zur Faser geschnittene Hirnholz des Buchsbaums, das aufgrund des langsamen Wachstums dieser Pflanze jedoch sehr teuer ist. Bei alten Druckstöcken aus Buchsbaum wird deshalb auch die Plattenunterseite verwendet oder die Oberseite wird abgehobelt, so dass sie neu graviert werden kann.

Werkzeuge

Zur Grundausstattung eines Holzschneiders gehören:

der Grabstichel, mit dem gerade und parallele Linien ins Holz gestochen werden
der Geißfuß, der eine v-förmige Rille schneidet
der Rundstichel oder das Rundeisen
das Hohleisen, mit dem größere, nicht druckende Partien weggeschnitten werden. Manche Holzschneider arbeiten ausschließlich mit kleineren und größeren Hohleisen und verzichten auf Werkzeuge wie Konturenmesser
Konturenmesser, mit denen feine Linien geschnitten werden

Alle Holzschnittwerkzeuge haben aufgrund ihrer verschiedenen Schneiden und Profile eine unterschiedliche Schnittwirkung. In der Regel haben sie mit Ausnahme der Konturenmesser einen pilzförmigen Griff. Dies soll helfen, mehr Druck auf das Werkzeug auszuüben. Heutzutage werden auch modernere Werkzeuge wie Fräsmaschinen verwendet. HAP Grieshaber gebrauchte für seine sehr großen Holzschnitte sogar Motorsägen.

Merkmale des manuellen Holzschnitts

Eine künstlerische Holzschnitt-Grafik weist spezifische Merkmale auf, die sie von Druckgrafiken, die mit anderen Techniken wie Kupferstich oder Mezzotinto hergestellt sind, deutlich unterscheiden:

Die Rückseite des Abzugs zeigt eine leichte Prägung, die gewöhnlich deutlich fühlbar ist. Die Linienstege sind leicht in das Papier eingedrückt, was den Holzschnitt von allen Flachdrucken unterscheidet.
Beim Handabzug wird das Papier auf der Rückseite durch den Reiber leicht glänzend (Reiberspuren). Ein Reiberdruck ist zeitraubend; er gibt dem Künstler jedoch die Möglichkeit, durch die Art des Einfärbens des Druckstocks und durch das Abreiben das Endresultat zu beeinflussen. Dadurch sind die Unterschiede zwischen einzelnen Abzügen jedoch größer, als das durch den Druck mit einer Druckerpresse der Fall ist.
Durch den verhältnismäßig geringen Kraftaufwand, mit dem der Abdruck von einem Holzstock erfolgt, zeigt der Abzug keinen Quetsch- oder Plattenrand, er unterscheidet sich dadurch von jedem Tiefdruck.
Die Farbe der Linien ist auf dem gesamten Blatt gleich dicht, da die Druckfarbe auf jedem druckenden Teil gleich aufliegt.

Die Qualität des Abzugs – für den potentiellen Käufer einer künstlerischen Druckgrafik ein wesentliches Entscheidungskriterium – ist abhängig von Sauberkeit und Schärfe des Drucks. Die Drucke dürfen keine starken Quetschränder haben. Zu farbfette Drucke verschmieren Feinheiten und hinterlassen um die schwarzen Stege und Felder einen braunen Hof. Diese „versuppten“ Abzüge sind von minderer Qualität.

Varianten der Holzschnitt-Technik

Die klassischen Techniken des Holzschnitts sind:

Schwarzlinienschnitt, bei dem die erhabenen und damit druckenden Teile des Druckstocks die Zeichnung wiedergeben. Der Schwarzlinienschnitt ist die ursprünglichste Form des Holzschnitts.
Weißlinienschnitt, bei dem die Linien der Zeichnung wie eine Gravur in den Holzblock eingeschnitten werden. Beim Abzug wird damit die Fläche abgedruckt, die eigentlich den Hintergrund ausmacht, und die Darstellung ergibt sich – nicht druckend – aus den weißen Linien. Der Weißlinienschnitt wurde vor allem im 16. Jahrhundert eingesetzt. Albrecht Dürer verwendete ihn mit seiner negativen Umkehrung zur Steigerung der künstlerischen Wirkung in schwarzlinigen Holzschnitten.
Flächenschnitt, der vor allem von französischen Künstlern des 19. Jahrhunderts verwendet wurde. Die Zeichnung wurde meist negativ in ein großflächiges Brett geschnitten. Paul Gauguin verwendete dazu bevorzugt rohe Kistenbretter, um die Rauigkeit und die Maserung des Holzes für den künstlerischen Ausdruck mitzuverwenden.
Holzstich (Xylographie), bei dem eine quer zur Faser geschnittene Holzplatte statt mit einem Messer mit einem Kupferstich-Grabstichel bearbeitet wird. Damit kann künstlerisch eine größere Halbtonabstufung erreicht werden. Der Holzstich ist als technische Weiterentwicklung des Holzschnitts einzustufen.

Beim Weißdruck werden die erhabenen Flächen der Druckplatte mit weißer Farbe eingestrichen und auf schwarzem Papier abgezogen. Für den Mehrfarbendruck wird der Druck mit mehreren Platten durchgeführt oder die Technik des Clair-obscur-Holzschnitts, des Camaieu-Schnitts, des Abbauschnitts oder der Puzzle-Druck angewandt. Moderne Holzschneider kombinieren alle diese Verfahren.

Geschichtlicher Überblick

Ursprung

Die im Prinzip sehr einfache Technik des Hochdrucks zählt zu den ältesten Verfahren der Menschheit, ihre Bildvorstellungen festzuhalten. Der Druck mit geschnittenen Holzklischees ist von diesen das älteste grafische Druckverfahren. Babylonier und Ägypter hatten bereits geschnittene Holzstempel in weichem Ton abgedruckt, und im Kaiserreich China kannte man im 4. Jahrhundert sogar schon die Möglichkeit, reliefartig bearbeitete Inschriftensteine mit Tusche einzufärben und auf Papier, das man dort seit dem 1. Jahrhundert herzustellen wusste, abzureiben. Der Holzschnitt ist daher keine eigentliche Erfindung, sondern nur die Anwendung längst bekannter technischer Möglichkeiten auf einem bis dahin wenig genutzten Material.

Einblattholzschnitt und frühe Buchproduktion

Die frühesten künstlerischen Holzschnitte entstanden als so genannte Einblattholzschnitte zwischen 1400 und 1550 zuerst in alpenländischen und bayerischen Klöstern. Als „Pestblätter“ bildeten sie beispielsweise die als Pesthelfer verehrten Heiligen ab, gaben zusätzlich Gebetstexte wieder und enthielten schließlich auch medizinische Ratschläge zur Vorbeugung gegen die Pest. In Form von Flugblättern und Pamphleten diente der Holzschnitt insbesondere in der Reformationszeit auch als Vermittler religiöser, weltanschaulicher und künstlerischer Vorstellungen. Die ersten mit dem Namen des Künstlers versehenen Holzschnitte stellte um 1465 der Meister Ulrich Feierabend zu Rapperswil her. Neben Einblattdrucken wurden seit 1430 im Holztafeldruck auch sogenannte Blockbücher hergestellt.

Die Verwendung von Holzschnitten für Buchillustrationen nahm mit der Weiterentwicklung des Buchdrucks durch Johannes Gutenberg noch weiter zu. Die Erfindung des Buchdrucks durch Gutenberg mit beweglichen Lettern (um 1440/65) veränderte die Textreproduktion. Die „Schedelsche Weltchronik“ des Nürnberger Druckers Anton Koberger aus dem Jahre 1493 enthielt fast 2.000 Holzschnitte. Für die Herstellung dieses Werks beschäftigte Koberger bis zu 100 Gesellen an 24 Druckpressen.

Der Holzschnitt zwischen Renaissance und Industrialisierung

Seinen ersten künstlerischen Höhepunkt erreichte der Holzschnitt in der Renaissance, als Künstler wie Albrecht Dürer und Hans Baldung Meisterwerke dieser Kunstform schufen. Besonders Dürer hat den Holzschnitt von seiner überwiegenden Funktion als Buchillustration befreit und ihn als selbstständiges Medium eines Kunstwerks neu definiert. Formal führte Dürer den Holzschnitt in die Nähe des Kupferstichs, indem er eine reichhaltige Skala zwischen Dunkel und Hell schuf.

In diese Zeit fallen auch die ersten Versuche des Zusammendrucks verschieden gefärbter Platten, nachdem bisher nur Abzüge von Einblattholzschnitten von Hand nachkoloriert worden waren. Bei einem echten Farbdruck erhält jede Farbe eine eigene Druckplatte, die technische Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht jedoch darin, dass durch das Schrumpfen des befeuchteten und wieder trocknenden Papiers der Druckprozess nicht präzise zu steuern ist. Die ersten Farbholzdrucke lassen sich auf 1486 datieren, weitere Versuche unternahmen Lucas Cranach der Ältere sowie Albrecht Altdorfer; letzterem gelang 1519/1520 ein Mehrfarbdruck von sechs Stöcken. Eine intensive Auseinandersetzung mit Farbdrucken erfolgte in Deutschland nach den Arbeiten von Altdorfer vorerst nicht mehr, was möglicherweise auf die zunehmende Verbreitung der schwarzweißen Grafiken von Albrecht Dürer zurückzuführen ist.

Die xylographischen Reproduktionsverfahren waren vom individuellen Geschick der Formschneider und Holzschnitzer abhängig. Die Erfindungen im Bereich der Bildreproduktion durch opto-chemische Reproduktionsverfahren sowie die Erfindung der Fotografie und der Autotypie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts führten dazu, dass der Holzschnitt ab diesem Zeitpunkt für die industrielle Buch- und Zeitschriftenproduktion bedeutungslos wurde und nur noch im künstlerischen Bereich Verwendung fand.

Der Holzschnitt in China und Japan

Unabhängig von der Entwicklung des Holzschnitts in der westlichen Welt entwickelte sich im ostasiatischen Raum der Einsatz dieser druckgrafischen Technik. Ältester noch erhaltener Holzschnitt ist eine illustrierte Fassung der Diamant-Sutra aus dem Jahr 868. Einen ersten Höhepunkt erlebte sie in der Song-Zeit (960–1279) in China, als Künstler anfingen, sich zu Holzschnitzerwerkstätten zusammenzuschließen. Große technische Perfektion entwickelte man bei der Herstellung mehrfarbiger Holzschnitte. Zur Umsetzung künstlerischer Ideen wurden jedoch andere Techniken bevorzugt: Im 17. Jahrhundert diente der Holzschnitt in China nur zur Reproduktion von Bildern, wobei man sich vor allem bemühte, die Wirkung eines Pinselstrichs und der Tusche-Abstufung auf das Genaueste wiederzugeben.

Als eigene Kunstform entwickelte sich der Holzschnitt jedoch in Japan, wohin die Technik gegen Ende des 8. Jahrhunderts aus China gelangt war. Seinen Höhepunkt erlebte er in der Zeit vom 17. bis 19. Jahrhundert. Anfangs waren die japanischen Holzschnitte Votivbilder, die vor allem in Holzschnittwerkstätten buddhistischer Klöster geschaffen wurden. Diese Votivbilder hatten damit eine ähnliche Funktion wie die Einblattholzschnitte im Europa des 15. Jahrhunderts.

Zu Beginn des 17. Jahrhunderts wandten sich die japanischen Holzschnittkünstler weltlichen Themen zu. Die in den sogenannten plebejischen Schulen in Edo, Kyōto und Ōsaka vereinten Künstler schufen Illustrationen klassischer und volkstümlicher Literatur und auch freie grafische Blätter. Anfangs nur einfarbig gedruckt, entwickelte sich Mitte des 18. Jahrhunderts der japanische Farbholzschnitt.

Der japanische Holzschnitt wurde arbeitsteilig von Zeichner, Holzschneider und Drucker hergestellt. Für Farbholzschnitte wurden bis zu 12 Platten und mehr geschnitten, was ein höchst präzises Arbeiten voraussetzte. Die Sujets des Holzschnitts waren überwiegend Szenen aus dem Kabuki, Schauspielerporträts und Frauen (Bijinga), daneben fanden sich Darstellungen berühmter Plätze, historischer Szenen, von Sumō-Ringern, Landschafts- und Naturbilder und Shunga, Drucke explizit sexuellen Charakters. Namhafte Vertreter des japanischen Holzschnitts waren Nishikawa Sukenobu, Suzuki Harunobu, Kitagawa Utamaro, Katsushika Hokusai und Utagawa Hiroshige.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts verlor der japanische Holzschnitt zunächst teilweise seine künstlerische Bedeutung. Holzschnitte dienten vermehrt anderen Zwecken wie Berichterstattung, Erziehungs- und Aufklärungsarbeit und bedurften keiner besonderen Gestaltung. Künstler wie Toyohara Kunichika, Toyohara Chikanobu, Kawanabe Kyōsai und Tsukioka Yoshitoshi hielten die Traditionen des Holzschnitts während der Meiji-Zeit aufrecht. Den beiden letztgenannten gelang es in den letzten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts neue, westliche Elemente in ihren Stil zu integrieren und somit zusammen mit anderen, unabhängigen Künstlern wie z.B. Kobayashi Kiyochika und Ogata Gekko zu Wegbereitern der neuen Kunstrichtungen Shin hanga und Sōsaku hanga zu werden.

Die Shin hanga-Bewegung (wörtl.: neuer Druck) führte moderate technische Neuerungen ein, behielt aber ansonsten sowohl die traditionelle Fertigung als auch die traditionellen Motive bei. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren Shin hanga-Holzschnitte insbesondere im Ausland erfolgreich, wo ein großes Interesse an traditionellen japanischen Motiven bestand. Die treibende Kraft hinter der Shin hanga-Bewegung war der Verleger Watanabe Shōzaburō (1885–1962) und zu ihren bekanntesten Künstlern (Zeichnern) gehörte Kawase Hasui.

Die Sōsaku hanga-Bewegung (wörtl. kreativer Druck) hingegen brach mit traditionellen Fertigungen und Motiven. Eines ihrer Markenzeichen waren die Prinzipien jiga (selbst gezeichnet), jikoku (selbst geschnitzt) und jizuri (selbst gedruckt), der Künstler führte also alle 3 Arbeitsschritte zur Herstellung eines Holzschnitts (Zeichnung, Schnitzen des Druckstocks, Druck) selbst aus. Ihren internationalen Durchbruch erreichte die Bewegung 1951 auf der Biennale von São Paulo. Zu ihren bekannten Vertretern gehören unter anderem Saitō Kiyoshi (1907–1997), Onchi Kōshirō (1891–1955), Hiratsuka Un'ichi (1895-1997), Watanabe Sadao (1913–1996), Maki Haku (1924–2000), Munakata Shikō (1903–1975) und Naoko Matsubara (* 1937).

Der Einfluss des japanischen Farbholzschnitts

Der japanische Farbholzschnitt mit seinen leuchtenden, aquarellartigen Druckfarben wurde im 19. Jahrhundert in Europa ein beliebtes Sammelobjekt. Die Einfachheit und Ausdruckskraft dieser Technik regte europäische Künstler an, sich wieder mit dem Holzschnitt und insbesondere mit dem Farbholzschnitt auseinanderzusetzen. Einer der Ersten, die diese Technik wiederentdeckten, war der Brite William Morris, der mit dieser Technik Bücher illustrierte. Insbesondere nach 1870 experimentierten zuerst die französischen Impressionisten, darunter Paul Gauguin, dann die Expressionisten (zum Beispiel Erich Heckel, Ernst Ludwig Kirchner, Max Pechstein, Edvard Munch, Frans Masereel, Emil Nolde oder in der Schweiz Carl Eugen Keel) mit dieser Technik. Insbesondere die Expressionisten schätzten den Holzschnitt wegen seiner herben und kraftvollen Ausdrucksweise, aber auch Künstler der Neuen Sachlichkeit wie Georg Schrimpf und dessen Frau Maria Uhden.

Viele Künstler ließen sich darüber hinaus von der Bildkomposition des klassischen japanischen Farbholzschnitts anregen: Ein Bildmittelpunkt fehlt diesem; er lädt damit den Betrachter ein, den Blick über die Bildfläche wandern zu lassen. Häufig finden sich auf den Drucken auch ungewöhnliche Blickwinkel und am Bildrand angeschnittene Figuren. Insbesondere die Impressionisten griffen diese Art der Komposition auf.

Mit dem Vordringen der abstrakten Kunst sank das Interesse am Holzschnitt dann wieder. Er wird heute nur noch gelegentlich eingesetzt, um eine künstlerische Idee druckgrafisch umzusetzen. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts war es neben Hans Arp, Heiner Bauschert und Frantisek Kupka vor allem HAP Grieshaber, der für die anhaltende Wertschätzung des Holzschnitts als künstlerisches Medium sorgte – er arbeitete nahezu ausschließlich mit dieser Technik. Ihre effektvolle Wirkung erzielt sie bei ihm vor allem durch das Spiel kräftiger Linien und weißer Flächen mit einem hohen Abstraktionsgrad des Dargestellten.

Fotoxylografie

Als Fotoxylografie bezeichnet man ein Holzschnittverfahren, bei dem der zu reproduzierende Gegenstand fotografisch auf den präparierten Holzstock übertragen wird. Dazu überzog man ursprünglich den Holzstock mit einer Schicht von Chromgelatine und kopierte hierauf das Bild. Ende des 19. Jahrhunderts wurde diese Technik durch das Silbernitratverfahren abgelöst. Einige Tropfen dicken Eiweißes wurden mit etwas Salmiakgeist versetzt und auf den Holzstock aufgetragen. Diese Schicht wurde mit fein gepulvertem und gut trockenem Eiweiß überstäubt. Die aufgestäubte Schicht wurde fein übertrieben und poliert, bis die Oberfläche fast ganz trocken war. Präpariert wurde durch Übergießen mit einer Lösung von Silbernitrat (1:8), der Überschuss abgewischt und die Platte nach dem Trocknen 20 Minuten Ammoniakdämpfen ausgesetzt. Die Bildvorlage kopierte man mit einem Negativ auf. Zum Entwickeln wurde nicht länger als 30 Sekunden gewässert und mit einer Fixiernatronlösung (1:6), welche etwas Soda und Goldchlorid enthielt, vergoldet und fixiert.

Literatur

Holzschnitte berühmter Meister : eine Auswahl von schönen, charakteristischen und seltenen Original-Formschnitten oder Blättern, welche von den Erfindern, Malern und Zeichnern eigenhändig geschnitten worden sind. In treuen Copien von bewährten Künstlern unserer Zeit als Bildwerk zur Geschichte der Holzschneidekunst. Weigel, Leipzig 1851 - 54 (Digitalisat der ULB Düsseldorf)
Bilder-Album zur neueren Geschichte des Holzschnitts in Deutschland. Hrsg. vom Albertverein. Mit Text von Herm. Lücke. E. A. Seemann, Leipzig 1877.
Felix Brunner: Handbuch der Druckgraphik. Zürich 1972.
Walter Koschatzky: Die Kunst der Graphik. 3. Auflage. Deutscher Taschenbuch-Verlag, München 1977, ISBN 3-423-01120-3.
Lothar Lang: Der Graphiksammler. Henschelverlag Kunst und Gesellschaft, Berlin 1979.
Ales Krejca: Die Techniken der graphischen Kunst. Dausien, Hanau 1980, ISBN 3-7684-1071-4.
Rosemary Simmons, Katie Clemson: DuMont’s Handbuch Holz- und Linolschnitt. DuMont, Köln 1990, ISBN 3-7701-2468-5.
Ernst Rebel: Druckgrafik. Geschichte – Fachbegriffe. Reclam, Stuttgart 2003, ISBN 3-15-018237-9.
Gabriele Fahr-Becker (Hrsg.): Japanische Farbholzschnitte. Taschen, Köln 1993, ISBN 3-8228-9511-3.
Friedrich B. Schwan: Handbuch japanischer Holzschnitt. Iudicium, München 2003, ISBN 3-89129-749-1.
Johannes Lebek: Holzschnittfibel. Verlag der Kunst, Dresden 1993, ISBN 9783364002200.
Christina Cohen-Cossen: Holz- und Linolschnitt. Haupt, Bern/Stuttgart/Wien 2009, ISBN 978-3-258-07497-9.

Streptomycin

Streptomycin ist ein Aminoglycosid-Antibiotikum, welches von zahlreichen Streptomyceten gebildet wird.

Geschichte

Streptomycin wurde erstmals am 19. Oktober 1943 von Albert Schatz, Elizabeth Bugie und Selman Waksman an der Rutgers University aus Streptomyces griseus isoliert.[4] Für die Entdeckung erhielt Waksman 1952 den Nobelpreis für Medizin. Streptomycin erlangte große Bedeutung als erstes Antibiotikum gegen Tuberkulose.

Wirkung

Streptomycin zeigt ein breites Wirkungsspektrum, wobei vor allem gram-negative Erreger geschädigt werden. Indem es die 30S-Untereinheit der prokaryontischen 70S-Ribosomen hemmt, kann die Aminoacyl-tRNA nicht mehr an die Akzeptorstelle binden. Dementsprechend wird die gesamte Translation und in Folge eine Bakterienvermehrung unterbunden.

Resistenzen beruhen auf veränderten Ribosomenbindungsstellen. Dann kann Streptomycin sogar als Kohlenstoffquelle genutzt werden und fördert somit Wachstum und Vermehrung resistenter Keime.

Aufgrund seiner geringen therapeutischen Breite bei gleichzeitig rascher Resistenzentwicklung ist Streptomycin nur bei Tuberkulose und wenigen speziellen Infektionen (Streptokokken- bzw. Enterokokken-Endokarditis, Pest, Brucellose und Tularämie) und nur als Kombinationstherapie angezeigt. Es wird (als Sulfatsalz) in Form parenteraler Trockenpulverformulierungen angewendet.

Unerwünschte Wirkung

Bei längerer Einnahme können Schäden am Gehör und den Nieren entstehen (Ototoxizität, Nephrotoxizität).

Synthese

An der Biosynthese der Verbindung sind zahlreiche Enzyme beteiligt, welche ausgehend von Glucose zunächst die Monosaccharide einzeln modifizieren, bis zunächst eine Verknüpfung zum Disaccharid erfolgt und anschließend das Trisaccharid gebildet wird. Die erhaltene Vorstufe wird nach erfolgter Ausschleusung durch Dephosphorylierung mittels extrazellulärer Phosphatase in die aktive Form überführt.

Auf Grund der Komplexität der chemischen Struktur kommt wirtschaftlich nur die biotechnologische Herstellung in Frage. Diese erfolgt mit Streptomyces griseus-Stämmen, wobei eine Ausbeute von mehr als 10 Gramm pro Liter zu erwarten ist (bei einer Laufzeit des Fermenter von 120 Stunden und entsprechenden Optimierungen).

Handelsnamen

Monopräparate

Strepto-Fatol (D), StreptoHefa (D), sowie ein Generikum (D)

Einzelnachweise

↑ a b Datenblatt Streptomycin sulfate salt bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23.
April 2011.
↑ Drugbank MSDS (PDF).
↑ Streptomycin bei ChemIDplus.
↑ A. Schatz, E. Bugie, & S. Waksman (1944): Streptomycin, a substance exhibiting antibiotic activity against gram-positive and gram-negative bacteria. In: Proc. Soc. Exp. Biol. Med. Bd. 55, S. 66–69.

Aminoglykoside

(Weitergeleitet von Aminoglycoside)

Aminoglykosid-Antibiotika, kurz Aminoglykoside, zählen zur Gruppe der Oligosaccharid-Antibiotika, mit Kombinationen aus Aminozucker- und Cyclohexan-Bausteinen. Sie bilden eine große, noch immer anwachsende Gruppe von ca. 200 wasserlöslichen Antibiotika. Die Ausscheidung erfolgt mit einer kurzen Halbwertszeit von etwa zwei Stunden vorwiegend über die Nieren.

Streptomycin war das erste Aminoglykosid-Antibiotikum, das bereits 1944 durch die Gruppe um Selman Waksman entdeckt wurde. Nachfolgend wurden viele ähnliche Wirkstoffe aus Actinomyceten vor allem der Gattungen Streptomyces und Micromonospora isoliert.

Konventionsgemäß werden die Aminoglykosid-Antibiotika aus der Gattung Streptomyces mit dem Suffix -mycin bezeichnet, während diejenigen aus der Gattung Micromonospora mit dem Suffix -micin benannt werden.

Wirkmechanismus

Die Aminoglykosid-Antibiotika wirken stark bakterizid durch Hemmung der Proteinbiosynthese bei sich teilenden und nicht-teilenden Erreger, indem sie an die 30 S-Untereinheit der Ribosomen ankoppeln[1] und Ablesefehler der mRNA verursachen. Dadurch werden fehlerhafte Proteine gebildet, die ihre biologische Funktion verlieren. In der Konsequenz werden z.B. defekte Proteine in die Zellmembran des Bakteriums eingebaut, was zur Lyse des Erregers führt.

Wichtige Vertreter

Amikacin
Apramycin
Geneticin (G418)
Gentamicine
Kanamycin
Netilmicin
Neomycin
Paromomycin
Spectinomycin
Streptomycin
Tobramycin

Anwendung & Darreichung

Das Wirkspektrum betrifft v. a. die gramnegativen Enterobakterien und Pseudomonas aeruginosa sowie die grampositiven Staphylokokken. Aminoglykoside sind gegen anaerobe Bakterien wirkungslos, da sie durch einen Sauerstoff verbrauchenden Prozess in die Zelle aufgenommen werden. Ebenso wenig wirken sie gegen Streptokokken und Haemophilus-Arten.[2]

Sie werden beispielsweise bei schwerwiegenden Infektionen wie Hirnhautentzündung (Meningitis) und Herzinnenhautentzündung (Endokarditis) eingesetzt, sowie auch häufig gegen Lungeninfektionen (Pseudomonas aeruginosa, siehe oben) im Rahmen einer bestehenden Cystischen Fibrose.

Aminoglykoside werden nicht resorbiert und müssen bei systemischen Infektionen daher parenteral verabreicht werden. Sie erreichen eine gute Verteilung im Extrazellulärraum und sind plazentagängig, sie passieren allerdings die Zellwände des Wirtsorganismus kaum und sind somit schlecht gewebegängig, bei einer bestehenden Hirnhautentzündung sind sie mäßig liquorgängig.

Problematisch ist die rasche Resistenzentwicklung, die unter einer Aminoglykosidtherapie auftreten kann. Sie werden daher in der Regel in Kombination mit anderen Antibiotika (v.a. β-Lactam-Antibiotika) gegeben.

Nebenwirkungen

Wegen ihrer geringen therapeutischen Breite müssen systemische Aminoglykoside sehr sorgfältig dosiert werden und sind daher typisch intensivmedizinische Antibiotika. Aminoglykoside reichern sich in Niere und Innenohr besonders an und wirken dort stark giftig (Nephrotoxizität, Ototoxizität).[2] Weitere mögliche Nebenwirkungen sind Atemlähmung, Allergien oder Blutbildungsstörungen. Bei einmaliger täglicher Gabe ist das Verhältnis von erwünschter zu unerwünschter Wirkung besonders günstig. Dies hängt damit zusammen, dass es sich bei den Aminoglykosiden um konzentrationsabhängige Antibiotika handelt, welche gut wirken, wenn die Spitzenspiegel weit über der minimalen Hemmkonzentration des Erregers liegen, die Talspiegel aber sehr niedrig sind (<1μg/ml). Die Nebenwirkungen hingegen verstärken sich wenn hohe Talspiegel zustande kommen, wie es bei häufigerer Gabe der Fall wäre. Das liegt daran, dass sich in den vor allem betroffenen Organen Niere und Innenohr der Wirkstoff anreichert und nur dann wieder ins Blut abgegeben wird, wenn die peripheren Spiegel niedrig sind, ist das nicht der Fall, weil die Talspiegel hoch sind, so bleibt der Wirkstoff in den Organen und schädigt sie. Daher ist es wichtig vor einer weiteren Gabe eine Talspiegelbestimmung durchzuführen.

Einige Aminoglykoside (Neomycin, Kanamycin) sind wegen ihrer Nephro- und Ototoxizität ausschließlich zur Behandlung lokaler Infektionen (Haut, Schleimhaut, Auge) angezeigt.[2]

Einzelnachweise

↑ Römpp CD 2006, Georg Thieme Verlag 2006
↑ a b c Mutschler, Arzneimittelwirkungen, 9. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 2008 ISBN 978-3-8047-1952-1

Kohlenstoff

Kohlenstoff (von altgerm. kulo(n) ,Kohle‘) oder Carbon (von lat. carbo ,Holzkohle‘, latinisiert Carboneum) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol C und der Ordnungszahl 6. Im Periodensystem steht es in der vierten Hauptgruppe oder Kohlenstoffgruppe sowie der zweiten Periode.

Es kommt in der Natur sowohl in gediegener (reiner) Form (Diamant, Graphit) als auch chemisch gebunden (z. B. in Form von Carbonaten, Kohlenstoffdioxid, Erdöl, Erdgas und Kohle) vor. Aufgrund seiner besonderen Elektronenkonfiguration (halbgefüllte L-Schale) besitzt es die Fähigkeit zur Bildung von komplexen Molekülen und weist von allen chemischen Elementen die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen auf. Kohlenstoffverbindungen bilden die molekulare Grundlage allen irdischen Lebens.

Vorkommen

Kohlenstoff ist ein essentielles Element der Biosphäre, es ist in allen Lebewesen – nach Sauerstoff (Wasser) – dem Gewicht nach das bedeutendste Element. Alles lebende Gewebe ist aus (organischen) Kohlenstoffverbindungen aufgebaut.

Geologisch dagegen zählt es nicht zu den häufigsten Elementen. Man findet Kohlenstoff in der unbelebten Natur sowohl elementar (Diamant, Graphit) als auch in Verbindungen. Die Hauptfundorte von Diamant sind Afrika (v. a. Südafrika und die Demokratische Republik Kongo) und Russland. Diamanten findet man häufig in vulkanischen Gesteinen wie Kimberlit. Graphit kommt relativ selten in kohlenstoffreichem metamorphem Gestein vor. Die wichtigsten Vorkommen liegen in Indien und China.

Am häufigsten findet man Kohlenstoff in Form von anorganischem Carbonatgestein (ca. 2,8 · 1016 t). Carbonatgesteine sind weit verbreitet und bilden zum Teil Gebirge. Ein bekanntes Beispiel für Carbonat-Gebirge sind die Dolomiten in Italien. Die wichtigsten Carbonat-Mineralien sind Calciumcarbonat (Modifikationen: Kalkstein, Kreide, Marmor) CaCO3, Calcium-Magnesium-Carbonat (Dolomit) CaCO3 · MgCO3, Eisen(II)-carbonat (Eisenspat) FeCO3 und Zinkcarbonat (Zinkspat) ZnCO3.

Bekannte Kohlenstoffvorkommen sind die fossilen Rohstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas. Diese sind keine reinen Kohlenstoffverbindungen, sondern eine Mischung aus vielen verschiedenen organischen Verbindungen. Sie entstanden durch Umwandlung pflanzlicher (Kohle) und tierischer (Erdöl, Erdgas) Überreste unter hohem Druck. Wichtige Vorkommen für Kohle liegen in den USA, China und Russland. Ein bekanntes deutsches Kohlevorkommen liegt im Ruhrgebiet. Die wichtigsten Erdölvorräte liegen auf der arabischen Halbinsel (Irak, Saudi-Arabien). Weitere wichtige Ölvorkommen sind im Golf von Mexiko und in der Nordsee. Über festes Methanhydrat in der Tiefsee ist noch wenig bekannt.

Kohlenstoff kommt weiterhin in der Luft als Kohlenstoffdioxid (kurz Kohlendioxid) vor. Es ist an der Zusammensetzung der Luft zu etwa 0,04 % beteiligt. Kohlenstoffdioxid entsteht beim Verbrennen kohlenstoffhaltiger Verbindungen, Atmung, sowie vulkanisch und wird durch Photosynthese der Pflanzen verwertet. Auch in Wasser ist CO2 gelöst (ca. 0,01 % Massenanteil im Meer).

Mengenmäßig ist der überwiegende Teil des Kohlenstoffs in der Gesteinshülle (Lithosphäre) gespeichert. Alle anderen Vorkommen machen mengenmäßig nur etwa 1/1000 des Gesamt-Kohlenstoffs aus.

Eigenschaften

Kohlenstoff kommt in mehreren allotropen Modifikationen vor. Alle Feststoffe auf Kohlenstoff-Basis lassen sich auf die beiden Grundtypen Diamant und Graphit zurückführen.

Im Diamant ist Kohlenstoff dreidimensional kovalent gebunden. Diamant ist ein Isolator und transparent. Er ist das härteste bekannte natürliche Material und wird als Schleifmittel eingesetzt.

Im Graphit ist die kovalente Bindung innerhalb der Basalebenen stärker als die beim Diamant, während die Ebenen locker über Van-der-Waals-Kräfte gebunden sind. Die freien π-Elektronen sind verantwortlich für die tiefschwarze Farbe, die leichte Spaltbarkeit und die hohe Leitfähigkeit entlang der Basalebenen. Graphit dient als hochtemperaturbeständiges Dichtungsmaterial und Schmiermittel sowie als Grundstoff für Bleistifte.

Im Gegensatz zur landläufigen Meinung sind die bekannten Schmiermitteleigenschaften von Graphit jedoch keine Eigenschaft von Graphit an sich, sondern werden nur in Gegenwart von Feuchtigkeitsspuren gefunden. In Vakuum oder in sehr trockener Atmosphäre steigt der Reibungskoeffizient von Graphit daher dramatisch an.[10]

Bei Normaldruck und Temperaturen unterhalb 4000 K ist Graphit die thermodynamisch stabile Modifikation des Kohlenstoff, siehe Phasendiagramm. Wegen der hohen Aktivierungsenergie ist auch Diamant bei Raumtemperatur stabil und wandelt sich erst oberhalb 500 °C merklich in Graphit um. Umgekehrt erfordert die Transformation von Graphit in Diamant einen Druck von mindestens 20'000 bar (2GPa). Für eine ausreichend schnelle Reaktion sollte die Temperatur oberhalb von 1500 °C liegen, bei einem Druck von 60'000 bar entsprechend dem Phasendiagramm.

Kohlenstoff hat die höchste Temperaturbeständigkeit aller bekannten Materialien. Er sublimiert bei Normaldruck bei 3915 K (3642 °C)[7], ohne vorher an Festigkeit einzubüßen. Der Tripelpunkt liegt bei 10,8 ± 0,2 MPa und 4600 ± 300 K.[11][12]

Kohlenstoff ist diamagnetisch. Pyrolytisch abgeschiedener Graphit hat eine große Anisotropie in der magnetischen Suszeptibilität (parallel: = −85 · 10−6; senkrecht: = −450 · 10−6),[6] Diamant ist dagegen isotrop ( = −22 · 10−6).

Atommodell des Kohlenstoffs

Das Modell der Atom- und Molekülorbitale veranschaulicht, wie es zu der unterschiedlichen Ausprägung der Erscheinungsformen des Kohlenstoffs kommt.

Kohlenstoff besitzt sechs Elektronen. Nach dem Schalenmodell besetzen zwei Elektronen die innere 1s-Schale. Das 2s-Niveau der zweiten Schale nimmt ebenfalls zwei Elektronen auf, zwei weitere das 2px- und 2py- Niveau. Nur die vier äußeren Elektronen der zweiten Schale treten chemisch in Erscheinung. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen in einem s-Niveau ist kugelförmig. In einem p-Niveau ist sie anisotrop. Die Elektronen bevölkern einen tropfenförmigen Raum, jeweils einen Tropfen links und rechts vom Zentrum entlang der x-Achse, wenn man sich das Atom im Zentrum eines kartesischen Koordinatensystem platziert vorstellt. Senkrecht dazu stehen das py- und pz-Orbital.

Diamant-Struktur (sp³)

Das 2s-Niveau kann mit den 3 2p-Niveaus hybridisieren und 4 energetisch gleichwertige sp3-Orbitale bilden. Dies kann man anschaulich so erklären, dass eines der s-Elektronen in das vorher leere p-Orbital gehoben wird und sich dabei die Orbitalenergien angleichen. Diese Orbitale besitzen eine langgestreckte, asymmetrische Tropfenform. Waren die Formen der p-Orbitale spiegelsymmetrisch zum Mittelpunkt angeordnet, erscheinen sie jetzt keulenartig in eine Richtung verlängert. Das Bild veranschaulicht die Hauptkeulen, die Nebenkeulen wurden der Übersichtlichkeit wegen fortgelassen. Die vier sp3-Orbitale sind mit größtmöglichem Abstand zueinander symmetrisch im Raum orientiert, sie zeigen in die Ecken eines gedachten Tetraeders.

Überlappen sich die sp3-Orbitale von Atomen, können sie feste kovalente Bindungen bilden, die dann die tetraedrische Struktur widerspiegeln. Sie bilden das Grundgerüst des Diamantgitters (siehe Kristallstruktur dort.)

Graphit-Struktur (sp²)

Sind nur 2 der 3 p-Orbitale an der Hybridisierung beteiligt, entstehen die so genannten sp2-Orbitale. Die sp2- Orbitale richten sich senkrecht zum übrig gebliebenen p-Orbital aus. Steht beispielsweise das p-Orbital senkrecht auf der x-y-Ebene, liegen die sp2- Orbitale symmetrisch in der x-y-Ebene. Sie haben den gleichen Winkel von 120° zueinander. Das Bild links veranschaulicht die Situation. Das unhybridisierte p-Orbital ist der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.

sp2-Kohlenstoff-Atome können miteinander kovalente Bindungen bilden, die dann in einer Ebene liegen. Ihre Struktur ist hexagonal, das ist die Grundstruktur der Planarebenen des Graphits (siehe Kristallgitterstruktur dort). Die übriggebliebenen p-Orbitale wechselwirken ebenfalls untereinander. Sie formen die pi-Bindungen mit deutlich geringeren Bindungsenergien als die sigma-Bindungen der sp2 beziehungsweise sp3-Orbitale.

Chemisch spricht man von einer Doppelbindung. Die Schreibweise C=C vernachlässigt den unterschiedlichen Charakter beider Bindungen. Die Bindungsenergie der diamantartigen tetraedrischen sp3-Einfachbindung 'C–C' liegt bei 350 kJ/mol, die der graphitartigen hexagonalen sp2-Doppelbindung C=C nur um 260 kJ/mol höher. In einem Kohlenstoff-Ring mit sechs Kohlenstoff-Atomen stabilisiert sich die pi-Bindung durch Delokalisierung der Elektronen innerhalb des Rings (mehr dazu siehe Benzol).

Dreifachbindung (sp¹)

Wenn nur ein p-Orbital mit dem s-Orbital hybridisiert, ergeben sich zwei linear angeordnete Bindungskeulen. Orientieren wir sie entlang der x-Achse, zeigen die verbliebenen p-Orbitale in y- und z-Richtung. Zwei sp-hybridisierte Atome können eine Kohlenstoff-Dreifachbindung formen. Ein Beispiel ist das Gas Ethin (Acetylen) HC ≡ CH. Während sp3-Bindungen dreidimensionale Strukturen formen und sp2 zweidimensionale, bilden sp1-Bindungen höchstens eindimensionale Ketten, wie zum Beispiel H–C≡C-C≡C–H.

Erscheinungsformen des Kohlenstoffs

Elementarer Kohlenstoff existiert in drei Modifikationen, basierend auf den Bindungsstrukturen sp3 und sp2: Diamant, Graphit und Fulleren.

Neben diesen drei Modifikationen gibt es weitere unterschiedliche Formen elementaren Kohlenstoffs.

Modifikationen

Graphit

Die sp2-kovalent hexagonal gebundenen Kohlenstoff-Atome formen hochfeste Ebenen. Die Ebenen untereinander sind nur locker über Van-der-Waals-Kräfte gebunden. Makroskopisch dominiert die Spaltbarkeit entlang der Planarebenen. Da die Ebenen so dünn sind, tritt ihre außerordentliche Festigkeit bei Graphit nicht in Erscheinung.

Wegen dieser Struktur verhält sich Graphit sehr anisotrop: Entlang der Kristallebenen ist Graphit thermisch und elektrisch sehr leitfähig, die Leitung von Wärme oder Ladungen von Kristallebene zu Kristallebene ist dagegen relativ schlecht.

Diamant

Die sp3-kovalent tetragonal gebundenen Kohlenstoff-Atome besitzen keine freien Elektronen. Das Material ist ein Isolator mit einer Bandlücke von 5,45 eV, der sichtbares Licht nicht absorbiert. Zugabe von Fremdatomen erzeugt Zustände in der Bandlücke und verändert somit die elektrischen und optischen Eigenschaften. So ist der gelbliche Ton vieler natürlicher Diamanten auf Stickstoff zurückzuführen, während mit Bor dotierte Diamanten bläulich aussehen und halbleitend sind. Der Diamant wandelt sich unter Luftabschluss bei Temperaturen um 1500 °C in Graphit um. Er verbrennt bereits bei ungefähr 700–800 °C zu Kohlendioxid.

Diamant gilt unter Normalbedingungen (1 bar, 25 °C) gemeinhin als die metastabile Form des Kohlenstoffes. Aufgrund neuerer Forschung ist dies aber nicht mehr sicher, weil

die thermodynamische Stabilität zu niedrigen P-T-Bedingungen lediglich extrapoliert ist,

bei Gleichgewichtsuntersuchungen der Einfluss der Umgebung – geringe Spuren von Verunreinigungen, die unterhalb der heutigen Detektionsgrenze liegen, können bereits drastische Auswirkungen auf die Gleichgewichtslage einer Reaktion haben – nicht berücksichtigt wurde/wird[13][14] und schließlich

Experimente chinesischer Wissenschaftler zeigen, dass in einer Reaktion zwischen metallischem Natrium und Magnesiumcarbonat Kohlenstoff und Diamant stabil nebeneinander koexistieren.

Lonsdaleit

Lonsdaleit, auch hexagonaler Diamant bezeichnet, ist eine sehr seltene Modifikation des Diamanten. Er entsteht, wenn Graphit durch Schockereignisse, das heißt hohen Druck und hohe Temperatur wie beispielsweise durch Impaktereignisse, in Diamant umgewandelt wird. Dabei bleibt der hexagonale Charakter der Kristallstruktur erhalten, jedes Kohlenstoffatom ist jedoch im Gegensatz zu Graphit an vier weitere kovalent gebunden.

Fullerene

Ein reguläres hexagonales Wabenmuster, wie es die C-Atome in den Basalebenen des Graphits ausbilden, ist planar. Ersetzt man einige Sechsecke durch Fünfecke, entstehen gekrümmte Flächen, die sich bei bestimmten relativen Anordnungen der Fünf- und Sechsringe zu geschlossenen Körpern "aufrollen". In den Fullerenen sind derartige Strukturen realisiert. Die sp2-Bindungen liegen dabei nicht mehr in einer Ebene, sondern bilden ein räumlich geschlossenes Gebilde. Die kleinste mögliche Struktur besteht nur noch aus Fünfecken und erfordert 20 Kohlenstoff-Atome, der dazugehörige Körper ist ein Pentagon-Dodekaeder. Dieses einfachste Fulleren ist bislang aber nur massenspektrometrisch nachgewiesen worden. Eines der stabilsten Fullerene besteht aus 60 Kohlenstoff-Atomen und enthält neben Sechsecken nur Fünfecke, die mit keinem anderen Fünfeck eine gemeinsame Kante besitzen. Das so entstehende Muster (abgestumpftes Ikosaeder, ein archimedischer Körper) gleicht dem Muster auf einem (altmodischen) Fußball. Es wird zu Ehren von Richard Buckminster Fuller als Buckminster-Fulleren bezeichnet. Die Molekül"kugeln" der Fullerene sind untereinander über relativ schwache Van-der-Waals-Wechselwirkungen gebunden, ähnlich wie die Basalebenen im Graphit. Mittlerweile sind etliche Fullerene unterschiedlicher Größe isoliert und teilweise auch kristallisiert worden; sie können daher als echte Modifikation(en) gelten. Fullerene kommen vermutlich in allen Rußen vor, so zum Beispiel auch in dem Ruß über Kerzenflammen.

Weitere Formen des Kohlenstoffs

Amorpher Kohlenstoff

In amorphem Kohlenstoff (a-C) sind die Atome ohne langreichweitige Ordnung vernetzt. Das Material lässt sich mit nahezu beliebigen sp2:sp3-Hybridisierungsverhältnissen synthetisieren, wobei die Materialeigenschaften fließend von denen des Graphits zu denen des Diamants übergehen. In der Industrie wird in diesem Fall häufig der Begriff Diamond like Coating oder Diamond like Carbon (DLC) verwendet. Bei einem sp3-Hybridisierungsanteil von über 70 % spricht man von tetraedrisch amorphen Kohlenstoff (ta-C). Dieses Material zeichnet sich durch hohen elektrischen Widerstand, extreme Härte und optische Transparenz aus. Die Synthese kann mittels PVD- oder PECVD-Methoden erfolgen. Das Material wird dabei als Schicht abgeschieden (amorphe Kohlenstoffschicht).

Kohlenstoff-Fasern

Kohlenstoff-Fasern bestehen aus graphitartig sp2-gebundenem Kohlenstoff. Isotrope Fasern verhalten sich ähnlich wie polykristalliner Graphit und besitzen nur geringe Festigkeiten. Fasermatten und -bündel werden für Wärmedichtungen eingesetzt. Durch Strecken bei der Herstellung ist es möglich, die Basalebenen entlang der Faserachse auszurichten. Man erhält hochfeste Fasern mit Eigenschaften, die den theoretischen Werten von Graphit entlang der Basalebenen nahekommen. Anisotrope Kohlenstofffasern sind leicht, außerordentlich steif und fest und werden in Verbundwerkstoffen genutzt.

Glaskohlenstoff

Glaskohlenstoff ("Glassy Carbon") ist ein hochtechnologischer Werkstoff aus reinem Kohlenstoff, der glasartige und keramische Eigenschaften mit denen des Graphits vereint. Im Gegensatz zu Graphit besitzt Glaskohlenstoff eine fullerenartige Mikrostruktur. Dadurch ergibt sich eine große Vielfalt positiver Materialeigenschaften. Die Leitfähigkeit ist zum Beispiel geringer als bei Graphit.

Graphen

Als Graphen bezeichnet man eine Graphit-Basalebene von sp2-hybridisiertem Kohlenstoff. Man erhält die dünnen Schichten durch chemisches Spalten von Graphit. Eingebettet in Kunststoffen eignet es sich als Ausgangsmaterial für neue Verbundwerkstoffe oder für Untersuchungen von zweidimensionalen Kristallen.

Aktivkohle

Behutsames Graphitieren von organischen Materialien, wie zum Beispiel Kokosnuss-Schalen, führt zu einem porösen Kohlenstoff. Die Hohlräume stehen wie bei einem Schwamm miteinander in Verbindung und bilden eine sehr große innere Oberfläche. Aktivkohle filtert gelöste Stoffe in geringer Konzentration aus Flüssigkeiten und kann Gase absorbieren.

Ruß

Ruß besteht ebenfalls aus Kohlenstoff auf Graphitbasis. Je reiner der Ruß, desto deutlicher treten die Eigenschaften von Graphit hervor. Lampen- oder Kerzenruß ist stark mit organischen Verbindungen verunreinigt, die die Bildung größerer Graphit-Verbände verhindern.

Kohlenstoffnanoröhren

Eine weitere Form von Kohlenstoff sind zylindrisch angeordnete, sp2-gebundene Kohlenstoffatome. Ihre Geometrie entsteht aus einer planaren Schicht Graphit, die zu einem Zylinder aufgerollt wird. Die entstandene Röhre kann zusätzlich noch verdreht sein, wodurch sich die elektrischen Eigenschaften ändern. Es können mehrere einwandige Röhren konzentrisch ineinander liegen, so dass man von multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) spricht, im Gegensatz zu single-walled carbon nanotubes (SWCNT).

Carbon nanobuds

Carbon nanobuds kombinieren die Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren und Fullerenen.

Kohlenstoffnanoschaum

Kohlenstoffnanoschaum ist eine zufällig orientierte, netzartige Anordnung von Kohlenstoff-Graphitebenen. Er ähnelt dem Glaskohlenstoff, nur mit deutlich größeren vernetzten Hohlräumen. Ihr durchschnittlicher Durchmesser liegt bei sechs bis neun Nanometern.

Davon zu unterscheiden ist Kohlenstoff-Aerogel, das aus zusammengewachsenen Nanopartikeln besteht. Seine Dichte liegt bei von 200–1000 kg/m³.

Verbindungen

Kohlenstoff ist das Element, das nach Wasserstoff die meisten Verbindungen aller Elemente bilden kann (Wasserstoff steht an erster Stelle, weil die meisten Kohlenstoffverbindungen auch Wasserstoff enthalten). Besonderheiten des Kohlenstoffs sind es, Ketten und Ringe mit sich selbst und anderen Elementen sowie Doppel- und Dreifachbindungen unter Beteiligung von π-Orbitalen zu bilden. Aufgrund seiner mittelstarken Elektronegativität hat er ein gutes Bindungsvermögen sowohl zu elektropositiveren als auch zu elektronegativeren Elementen. Alle Oxidationsstufen von −IV bis +IV kommen in der Natur in anorganischen oder organischen Verbindungen vor.

Kohlenstoffverbindungen werden traditionell bis auf wenige Ausnahmen zur organischen Chemie gezählt, diese wird auch manchmal als Chemie des Kohlenstoffs bezeichnet. Die organische Chemie umfasst, aufgrund der Fähigkeit des Kohlenstoffs, lange Ketten und kovalente Bindungen mit anderen Atomen zu bilden, mehr Verbindungen als die gesamte anorganische Chemie. Auch die Biochemie ist ein Teil der organischen Kohlenstoffchemie. Zu den einfachsten organischen Verbindungen zählen die Alkane Methan und Ethan.

Nur relativ wenige Kohlenstoffverbindungen werden traditionell zu den anorganischen Verbindungen gestellt, darunter mengenmäßig am bedeutendsten die Sauerstoff-Verbindungen:

Carbide, Kohlenstoff-Element-Verbindungen des Typs ExCy, bei denen der Kohlenstoff der elektronegativere Reaktionspartner ist. Viele Metalle können Carbide bilden, die teilweise sehr hart sind und für Schneidwerkzeuge (z. B. Wolframcarbid) verwendet werden.
Kohlenstoffmonoxid CO ist ein sehr giftiges Gas, das stark reduzierend wirkt und bei der Metallverhüttung (z. B. Eisen) eine wichtige Rolle spielt.
Kohlenstoffdioxid CO2 ist ein durch die Freisetzung bei der Verbrennung fossiler Kohlenstoffvorräte (Kohle, Öl, Erdgas) in großen Mengen entstehendes Treibhausgas. Es wird von den meisten Lebewesen ausgeatmet und von Pflanzen in der Photosynthese verwendet. Kohlenstoffdioxid ist inzwischen zu etwa 0,038 % Bestandteil der Atmosphäre, in der vorindustriellen Aera betrug der Anteil 0,028 %.
Kohlensäure H2CO3 ist ein metastabiles Produkt aus Wasser und im Wasser gelöstem CO2; eine mittelstarke Säure, die aber bezüglich der ständigen Umwandlung zwischen Kohlensäure und gelöstem CO2 meist mit dem CO2 zusammengefasst wird. Kohlensäure wurde mittlerweile auch bei völliger Abwesenheit von Wasser synthetisiert.
Suboxide wie Trikohlenstoffdioxid (Malonsäureanhydrid, C3O2), Tetrakohlenstoffdioxid (C4O2), Pentakohlenstoffdioxid (C5O2), Oxalsäureanhydrid (C4O6) und Mellitsäureanhydrid (C12O9).
Hydrogencarbonate oder Bicarbonate E+ HCO3−, deren bekanntester Vertreter Natriumhydrogencarbonat unter anderem als Backtriebmittel verwendet wird.
Carbonate E2+ CO32− sind die zweiwertigen Salze der Kohlensäure. Die beiden bekanntesten Carbonate sind Natriumcarbonat, Trivialname Soda, ein wichtiger Grundstoff für die Glasherstellung und Calciumcarbonat aus dem z. B. Muscheln, Schnecken ihre Schalen aufbauen und das Steinkorallen abscheiden. Das von ihnen und durch andere Prozesse über lange Zeiträume gebildete Calciumcarbonat bildet heute ganze Gebirge (siehe: Kalkstein). Calciumcarbonat ist weiterhin ein wichtiger Baustoff.
Kohlenstoff-Schwefel-Verbindungen, von denen die bekannteste Verbindung Kohlenstoffdisulfid (Schwefelkohlenstoff, CS2), eine sehr giftige Flüssigkeit, ist.
Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen, wie die Cyanide, deren bekanntester Vertreter Kaliumcyanid ein sehr starkes, die Atmung blockierendes Gift ist. Andere Cyanide sind ähnlich giftig.

Isotope

Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope, 12C und 13C. 12C kommt zu 98,9 % in der Natur vor, 13C zu 1,1 %. 12C ist laut Definition der Bezugspunkt für die Einheit der Atommasse. 13C kann man in NMR-spektroskopischen Untersuchungen detektieren, da es, anders als 12C, über ein magnetisches Moment verfügt.

Neben diesen beiden stabilen Isotopen gibt es noch mehrere instabile Isotope. Das bekannteste instabile Isotop ist 14C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Es entsteht durch natürliche Kernreaktionen in der Atmosphäre aus 14N.

Isotopenverhältnis zur Altersbestimmung organischen Materialien

Organisches Material, das am Kohlenstoffzyklus teilnimmt, zeigt das gleiche Verhältnis von 14C zu den stabilen Isotopen wie der Kohlenstoff in der Atmosphäre. Nach dem Ende des Stoffwechsels, also beispielsweise nach der Fällung eines Baums, verringert sich dieses Verhältnis allmählich durch den Zerfall. Die Bestimmung des Verhältnisses von 14C zu den stabilen Isotopen erlaubt daher eine Altersbestimmung an Gegenständen aus organischem Material (Radiokohlenstoffmethode), die vor allem in der Archäologie Verwendung findet.

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.xxx (Kohlenstoff) entnommen.
↑ Angegeben ist der von der IUPAC empfohlene Standardwert, da die Isotopenzusammensetzung dieses Elements örtlich schwanken kann, ergibt sich für das mittlere Atomgewicht der in Klammern angegebene Massenbereich. Siehe: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). In: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14 .
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 864.
↑ Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
↑ a b Simon MD, Geim AK (2000): Diamagnetic levitation: Flying frogs and floating magnets. Journal of Applied Physics 87: 6200–6204. doi:10.1063/1.372654
↑ a b CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, CRC Taylor & Francis, Boca Raton Fla. 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0, S. 4-8.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, CRC Taylor & Francis, Boca Raton Fla. 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0, S. 4-135.
↑ Datenblatt Holzkohle bei Merck, abgerufen am 23. März 2010.
↑ http://www.xxx
↑ A. Greenville Whittaker: The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point. In: Nature. 276, 1978, S. 695–696. doi:10.1038/276695a0 .
↑ J.M. Zazula: On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam , CERN. Abgerufen am
6. Juni 2009.
↑ M. A. Carpenter: Thermodynamics of phase transitions in minerals: a macroscopic approach. In: Stability of Minerals. Chapman & Hall, London 1992.
↑ E. Salje: Phase transitions in ferroelastic and coelastic Crystals. Cambridge University Press, Cambridge 1990.

Tuberkulose

Die Tuberkulose (kurz TBC, früher auch als Schwindsucht oder Morbus Koch, umgangssprachlich als „die Motten“ bezeichnet, lat. „tuberculum“ „kleines Geschwulst“) ist eine weltweit verbreitete bakterielle Infektionskrankheit, die durch verschiedene Arten von Mykobakterien verursacht wird und beim Menschen am häufigsten die Lungen befällt. Sie führt die weltweite Statistik der tödlichen Infektionskrankheiten an. 2008 starben durch die Infektionskrankheit Tuberkulose nach der 2009 herausgegebenen Schätzung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) über 1,8 Millionen Menschen.[1] In Deutschland wird sie heute am häufigsten durch das Mycobacterium tuberculosis, seltener – in absteigender Folge – durch Mycobacterium bovis, Mycobacterium africanum oder Mycobacterium microti verursacht.

Nur etwa fünf bis zehn Prozent der mit Mycobacterium tuberculosis Infizierten erkranken im Laufe ihres Lebens an Tuberkulose, betroffen sind besonders Menschen mit geschwächtem Immunsystem oder einer genetisch bedingten Anfälligkeit. Die Übertragung erfolgt in der Regel durch Tröpfcheninfektion von erkrankten Menschen in der Umgebung. Sind Keime im Auswurf (Sputum) nachweisbar, spricht man von „offener“ Tuberkulose. Sind Keime in anderen Körpersekreten nachweisbar, spricht man von „potentiell offener“ Tuberkulose. Durch Husten entsteht ein infektiöses Aerosol, wobei die Erreger stundenlang in der Raumluft verbleiben können. Da Rinder ebenfalls an der Tuberkulose erkranken können, war früher nicht-pasteurisierte Milch eine verbreitete Infektionsquelle.

Mit dem direkten Erregernachweis ist die Erkrankung labordiagnostisch und klinisch bestätigt. Durch indirekte Nachweise mit Hauttests oder einem immunologischen Nachweis kann die Erkrankung nur klinisch diagnostiziert werden. Zur Therapie stehen verschiedene speziell gegen die Erreger wirksame Antibiotika zur Verfügung, die unter dem Begriff Antituberkulotika zusammengefasst werden. Diese müssen zur Vermeidung von Resistenzentwicklungen und Rückfällen unbedingt in Kombination und nach Vorgabe der WHO über mindestens ein halbes Jahr, also weit über das Bestehen der Beschwerden hinaus eingenommen werden. Es gibt eine Impfung, die aber wegen unzureichender Wirksamkeit in Deutschland seit 1998 nicht mehr empfohlen wird und auch nicht mehr verfügbar ist. Eine Primärprophylaxe mit einem antituberkulös wirksamen Medikament wird in Deutschland nur bei Kindern oder schwerst immunologisch beeinträchtigten Kontaktpersonen durchgeführt. Bei immunkompetenten Erwachsenen dagegen wird eine Sekundärprophylaxe oder Prävention erst nach der frühzeitigen Erkennung der Infektion mit einer vorbeugenden Gabe eines antituberkulös wirksamen Medikaments durchgeführt. Wegen der Übertragbarkeit von Tieren auf Menschen zählt die Tuberkulose zu den Zoonosen. In Deutschland sowie in den anderen europäischen Ländern unterliegt die Tuberkulose der namentlichen Meldepflicht.

Epidemiologie und gesundheitspolitische Bedeutung

In ganz Europa geht die WHO für das Jahr 2007 von einer Gesamtzahl an Tuberkuloseerkrankungen von 431.518 (2006: 432.102 [2]) aus. In Österreich wurden im Jahr 2009: 700 Erkrankungen erfasst. Im Jahr davor wurden noch 839 Erkrankungen erfasst. Die Schweiz verzeichnete 2009: 556 Erkrankungen. Der leichte Wiederanstieg der Fallzahlen wird im Kontext der internationalen Zuwanderung gesehen. Davor wurden 2008: 478 Erkrankungen verzeichnet (2006: 497 und 2005: 534) [3]. In Deutschland wurden dem Robert Koch-Institut (RKI) im Jahr 2010: 4330 Tuberkulosekranke gemeldet (2006 waren es zum gleichen Zeitpunkt noch 5372 und 2005 noch insgesamt 6045 [4]), darunter etwa 158 Kinder unter 15 Jahren (2005: 230). Diese Angaben dürften nicht ganz den realen Zahlen entsprechen, da die Dunkelziffer bei dieser schweren Krankheit wegen ihrer unspezifischen Symptome relativ hoch ist. Nach einer aktuellen Pathologiestudie aus Deutschland war die Diagnose bei lediglich einem Drittel der postmortal diagnostizierten Tuberkulosen zur Lebenszeit gestellt worden. Die offizielle Statistik gab für 2009 154 Opfer an. In Deutschland ist die Krankheit besonders in Hamburg, Bremen und Berlin verbreitet. Zurzeit kommen in Deutschland 5,4 Erkrankungen auf 100.000 Einwohner. Bei den im Lande geborenen Erkrankten überwiegen die älteren Jahrgänge wegen ihrer Aktivierungs- und Reaktivierungsneigung infolge der abnehmenden Immunabwehr. Unter den Migranten überwiegen die mittleren Jahrgänge, da hier eher frische Infektionen erkrankungsauslösend sind. Überproportional betroffen, aber im Gesamtbild weniger von Bedeutung, sind Obdachlose sowie Alkohol- und Drogenabhängige.

Etwa ein Drittel der Weltbevölkerung ist mit Tuberkuloseerregern infiziert und jede Sekunde kommt ein weiterer Fall hinzu. Nur ein geringer Teil der Infektionen führt sofort zu einer Erkrankung. Knapp neun Millionen Menschen erkranken und etwa 1,6 Millionen sterben an der Erkrankung pro Jahr [2] (laut Lungenliga Schweiz sind es jedoch drei Millionen Menschen[5]), häufig aufgrund unzureichender Behandlungsmöglichkeiten, da die Therapie teure Antibiotika erfordert und langwierig ist. Sie lässt sich bei den sozialen Lebensumständen der Betroffenen oft nicht durchführen. Auch sind in vielen betroffenen Regionen die zur Diagnose und Behandlung notwendigen Laboratorien nicht vorhanden. Besonders in Osteuropa ist durch Armut und den Niedergang des Gesundheitswesens eine Besorgnis erregende Zunahme der Tuberkulose zu verzeichnen, vor allem auch mit multiresistenten Erregerstämmen. Solche medikamentenresistente Tuberkulosestämme sind auch weltweit immer häufiger Ursache der Erkrankung.

Besonders problematisch ist eine Tuberkuloseinfektion bei HIV-Infizierten mit manifestem AIDS. Die Wahrscheinlichkeit des Ausbruchs einer Tuberkuloseerkrankung erhöht sich um ein Vielfaches, wenn eine HIV-Infektion vorliegt. Tuberkulose ist in Afrika neben AIDS die häufigste Todesursache. Beide Krankheiten treten vor allem bei den Bewohnern von Metropolenslums in enger Wechselbeziehung (Immunschwäche) zueinander auf. Allerdings führt das durch HIV geschwächte Immunsystem bei einer Tuberkulose-Routineuntersuchung oft zu negativen Ergebnissen, obwohl die Krankheit vorliegt (siehe auch Fehler 1. Art und 2. Art). Bei diesen Hauttests (Tuberkulin-Test, Tine-Test) wird die immunologische Reaktion auf Erregerbestandteile geprüft. Diese ist durch AIDS gehemmt. Der Verlauf der Tuberkulose ist dann erheblich beschleunigt. In armen Ländern gilt TBC als Zeichen des Ausbruchs von AIDS und führt bei der Mehrheit aller HIV-Erkrankten zum Tod. Die WHO fordert und fördert daher eine weltweite Koordination der Tuberkulose- und AIDS-Forschung.

Überraschend fand eine italienische Studie eine Prävalenz von 18 Prozent mit latenter Tuberkuloseinfektion unter gut 400 an Psoriasis Erkrankten. Auch 30 Prozent der Kranken mit Lungenentzündung und -krebs waren latent infiziert.[6]

Tuberkulose-Fälle in Deutschland

In der folgenden Tabelle sind Neuerkrankungszahlen in Deutschland aufgeführt.[7][8]

Jahr	Gemeldete Fälle (Neuerkrankungen)
1970	48.262 (nur BRD)
1980	27.845 (nur BRD)
1993	14.161
1996	11.814
2000	9.064
2006	5.402
2007	5.020
2008	4.543
2009	4.444
2010	4.330

Erreger der Tuberkulose

Der wichtigste Erreger der Tuberkulose, Mycobacterium tuberculosis, ist ein aerobes gram-positives Stäbchen-Bakterium, das sich alle 16 bis 20 Stunden teilt. Verglichen mit anderen Bakterien, die Teilungsraten im Bereich von Minuten haben, ist dies extrem langsam. M. tuberculosis ist in der Lage, schwachen Desinfektionsmitteln zu widerstehen. Der mikroskopische Nachweis gelingt durch die typischen Färbeeigenschaften: Das Bakterium behält seine Färbung nach Behandlung mit einer sauren Lösung und wird deshalb als „säurefestes Stäbchen“ bezeichnet. In der gebräuchlichsten Färbung dieser Art, der Ziehl-Neelsen-Färbung, heben sich die rot eingefärbten Keime vor einem blauen Hintergrund ab. Der Nachweis gelingt weiterhin durch Fluoreszenzmikroskopie und durch die Auramin-Rhodamin-Färbung. In der Gram-Färbung stellen sich Mykobakterien kaum dar, der Aufbau des Peptidoglycans ähnelt jedoch stark dem grampositiver Bakterien, so dass M. tuberculosis formal als grampositiv klassifiziert wird. Dies wurde durch Sequenzanalysen der RNA bestätigt.

Zur gleichen Bakteriengruppe gehören weitere Mykobakterien, die ebenfalls zu den Erregern der Tuberkulose gezählt werden: M. bovis, M. africanum und M. microti. Diese Erreger werden in Deutschland nur sporadisch bei tuberkulösen Erkrankungen gefunden. M. kansasii und auch M. avium können in seltenen Fällen, wie eine Reihe weiterer Mykobakterien, tuberkuloseähnliche Krankheitsbilder verursachen. Eine Ansteckungsgefahr geht jedoch von atypischen Mykobakterien (MOTT, Mycobacterium other than tuberculosis) in der Regel nicht aus.

M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti, M. canetti, M. pinnipedi, M. caprae und der Impfstamm Bacillus Calmette-Guérin (BCG) werden zusammengefasst als Mycobacterium tuberculosis complex.

Übertragungswege

Einatmung infektiöser Tröpfchen (Aerosole) stellt den häufigsten und somit wichtigsten Übertragungsweg dar: Für eine Infektion genügt hierbei die Inhalation von nur einigen wenigen Mikrotröpfchen (2-5 µm Durchmesser), die jeweils nur 1-3 Erreger enthalten.[9][10] Weitaus seltener ist die Übertragung über den Blutweg oder über Organe (Transplantationen) oder über andere Körpersekrete. Prinzipiell ist jeder der folgenden Übertragungswege möglich und in der Literatur als gesichert beschrieben:

aerogen, das heißt über mykobakterium tuberkulosis-haltige Mikrotröpfchen in der Luft mit den Eintrittspforten Lungenbläschen, offene Wunden, frische Tätowierungen und Schleimhäute.
gastral durch die Ingestion mykobakterienhaltiger Nahrungsmittel (Milch, rohes Fleisch etc.)
parenteral über blut- und sekretkontaminierte diagnostische und therapeutische Instrumente (Transfusionen, Spritzen, Nadeln, Skalpelle, Lanzetten, Biopsienadeln, Endoskope etc.)
transplantationsbedingt durch heterogene Verpflanzungen von infiziertem Gewebe (Nieren etc.)
sexuell (bei Tuberkuloseerkrankungen der äußeren Geschlechtsorgane)
durch Schmierinfektionen auf die nichtintakte Haut (Rhagaden, Ekzeme oder Verletzungen)
intrauterin bei Infektionen der Gebärmutter
sub partu (während der Geburt) infolge einer Urogenitaltuberkulose der Mutter

Wiederholt nachgewiesen wurde der Befall von Kakerlaken und deren Kot mit Mycobacterium tuberculosis. Dieser Umstand wird regelmäßig von Schädlingsbekämpfern angeführt. Eine Sichtung der Literatur brachte keinen einzigen gesicherten Übertragungsfall.

Ausscheidungstuberkulose ist ein nicht mehr gebräuchlicher medizinischer Begriff für jene Formen der Tuberkulose, bei denen die Krankheitserreger über die Ausscheidungsorgane im Körper verbreitet werden und zu einem sekundären Befall anderer Organe führen.

Die aerogenen Infektionen gehen meist von Erwachsenen aus, da bei Kindern selbst bei offener Lungentuberkulose die ausgeschiedene Bakterienmenge zu gering ist (paucibacilläre = erregerarme Tuberkulose). Organbeteiligungen außerhalb der Lungen stellen mit Ausnahme der hochkontagiösen Kehlkopftuberkulose (Larynxtuberkulose) nur dann ein Infektionsrisiko dar, wenn die Infektionsherde durch natürliche Wege (Magen-Darm-Trakt) oder Fistelbildung mit dem Körperäußeren verbunden sind[8] oder es bei diagnostischen Punktionen/Eingriffen zu Nadelstichverletzungen oder Kontakt zu Wunden kommt. Eine historisch bedeutsame und heute fast vergessene Sonderform stellten die Leichentuberkel (engl. prosectors wart) dar, bei der sich Anatomen, Pathologen, Schlachter etc. über Handwunden erneut infizieren. Eine Infektion durch infizierte Milch ist ebenfalls möglich. In Industrieländern, in denen die Rinderbestände weitgehend tuberkulosefrei sind und die Milch pasteurisiert wird, sind solche Infektionen jedoch inzwischen sehr selten geworden. Neugeborene von Müttern mit Lungentuberkulose stecken sich nur selten über die Blutbahn an. Hat die Tuberkulose-Infektion jedoch den Mutterkuchen (Plazenta) ergriffen, kann es sich durch das Verschlucken von bakterienhaltigem Fruchtwasser infizieren. Auch wenn bei der Mutter die ableitenden Harnwege und damit verbunden die Geschlechtsorgane befallen sind, kann sich das Neugeborene bei der Geburt anstecken.[11]

Immunologie und Pathologie

Nach der Infektion werden die Erreger in den meisten Fällen schon in den Atemwegen abgewehrt. Von allen Infizierten erkrankt nur etwa ein Zehntel tatsächlich an Tuberkulose. Ob ein Mensch sich ausreichend gegen die Mykobakterien wehren kann, hängt von vielen Faktoren ab. Dabei spielen auch Faktoren wie der Ernährungszustand, eine genetische Disposition (es gibt etwa 20 bekannte Genpolymorphismen, die das Erkrankungsrisiko bis auf den Faktor 5 steigern), eine medikamentöse, infektbedingte oder toxische Unterdrückung der Immunabwehr, die Größe und Durchlüftung eines Raumes und das Fehlen von Tageslicht genauso eine Rolle wie die Menge der aufgenommenen Bakterien und der Häufigkeit des Kontaktes. In der Literatur beschrieben sind Ausbrüche unter Drogenkonsumenten, die Hotboxing (Begriff unter Cannabisrauchern in den USA, wenn mehrere Personen gemeinsam in einem PKW oder einem engen Raum zusammensitzen und dort nach Ausschaltung der Außenlüftung die Droge rauchen) oder Needlesharing (Mehrfachnutzung einer Injektionskanüle durch mehrere Personen ohne Reinigung) betreiben.

Ein erstes Abwehrbollwerk stellen spezialisierte Fresszellen (Alveolarmakrophagen) in den Lungenbläschen dar. Diese können die Erreger zwar ins Zellinnere aufnehmen (phagozytieren), dann aber nicht abtöten. Auch weitere herbeigerufene Fresszellen sind dazu nicht in der Lage. Der Vorgang der Phagozytose wird von verschiedenen Stoffen auf der Oberfläche der Mykobakterien aktiviert. Das können zum einen Bestandteile der Zellwand, aber auch Moleküle des Wirts sein, die sich an die Zellwand der Mykobakterien gebunden haben.

In die Fresszellen aufgenommen, können die Erreger aber verhindern, dass die Zellbestandteile, in denen sie sich befinden, die so genannten Phagosomen, weiter reifen. Dies sichert das Überleben von Mycobacterium tuberculosis. Deswegen bildet das Immunsystem um den anfänglichen Infektionsherd einen Wall aus mehreren Ringen verschiedener Abwehrzellen. Dieser Abwehrwall aus Fresszellen (Makrophagen), so genannten Epitheloidzellen, Langhans-Riesenzellen und Lymphozyten formiert sich um einen zentralen Entzündungsherd mit Gewebsuntergang (Nekrose). Diese besondere Form der Nekrose, die auch pathognomonisch für die TBC ist, wird Verkäsende Nekrose genannt. Das gesamte Gebilde wird als tuberkulöses Granulom bezeichnet. Es soll Mycobacterium tuberculosis am Ort des Eindringens isolieren und eine Weiterverbreitung verhindern. Dazu ist ein funktionierendes Zusammenspiel der verschiedenen Abwehrzellen erforderlich, die sich gegenseitig über verschiedene Botenstoffe (Zytokine) herbeirufen und aktivieren. Insbesondere die Ausschüttung von Tumor-Nekrose-Faktor sorgt für nitrosativen Stress im Phagosom, der zusammen mit der Einkapselung das Bakterium zwingt, in einen Ruhezustand überzugehen.[12]

Die Mykobakterien wiederum reagieren auf die Abkapselung mit einer Veränderung ihres Aktivitätszustandes. Seit der Entschlüsselung des Genoms der wichtigsten Mykobakterienstämme 1998 [13] sind verschiedene Mechanismen hierzu entdeckt worden. Sie sind dabei in der Lage, ihren Stoffwechsel im Granulom vorübergehend einzustellen oder so umzustellen, dass sie die hier vorkommenden Fette verstoffwechseln und dadurch besonders wenig Sauerstoff benötigen. Sie befinden sich nun im Stadium der Dormanz, d. h. sie teilen sich noch seltener. Aus dieser schlummernden Primärinfektion kann durch erneuten Übergang in einen aktiven Zustand eine (postprimäre) aktive Tuberkulose entstehen. Da eine solche aber auch nachgewiesenermaßen durch eine Reinfektion entstehen kann, muss man davon ausgehen, dass eine vorangegangene Infektion keinen ausreichenden Schutz vor dem Ausbruch der Erkrankung bei erneutem Kontakt darstellt. Dies macht deutlich, warum es so schwierig ist, einen wirksamen Impfstoff gegen Tuberkulose zu entwickeln.[14]

Symptome

Grundsätzlich wird der Erkrankungsverlauf bei der Tuberkulose in verschiedene Stadien eingeteilt. Krankheitszeichen, die sich direkt nach der Infektion manifestieren, werden als Primärtuberkulose bezeichnet. Da die Bakterien aber auch bei intakter Immunabwehr ohne Krankheitszeichen oder nach durchgemachter Primärtuberkulose lebenslang im Körper „schlummern“ und jederzeit wieder reaktiviert werden können, spricht man bei einer nicht zur Erkrankung führenden Erstinfektion von einer Latenten Tuberkuloseinfektion (LTBI) bzw. nach einer Ersterkrankung von einer postprimären Tuberkulose oder auch Sekundärtuberkulose. Da die Infektion sich zwar zumeist an der Lunge, aber eben prinzipiell auch an jedem anderen Organ abspielen kann, wird außerdem die Lungentuberkulose von der Organtuberkulose unterschieden.

Primärtuberkulose, geschlossene Tuberkulose, Frühform

Nach der Ansteckung über infizierte Tröpfchen bilden sich als Reaktion auf die Bakterien in den folgenden drei bis sechs Wochen in der Lunge der betroffenen Person kleine Entzündungen mit Beteiligung des zugehörigen Lymphknotens (Primärkomplex). Die Entzündungsherde werden von Blutabwehrzellen eingeschlossen. Es bilden sich kleine Knötchen („Tuberkel“). So abgekapselt verursachen die Tuberkuloseherde keine Beschwerden und haben in der Regel auch keinen Anschluss an die Atemwege (das Bronchialsystem). Man spricht von einer geschlossenen Tuberkulose, die definitionsgemäß nicht ansteckend ist, da keine Krankheitserreger ausgeschieden werden.

Die Mykobakterien können aber jahrelang im Körper überleben. Ist die infizierte Person nicht in der Lage, die Erreger auf diese Weise abzukapseln, kann aber auch eine aktive Infektion mit meist uncharakteristischen Symptomen (B-Symptomatik) auftreten, weil sich die Erreger immer weiter ausbreiten. Dazu können Müdigkeit und Schwäche, Appetitlosigkeit und Gewichtsabnahme, geschwollene Lymphknoten, leichtes Fieber, besonders in den Nachmittagsstunden, Nachtschweiß und ständiges Hüsteln ohne viel Auswurf gehören. Heiserkeit kann ein Hinweis auf eine Kehlkopfbeteiligung mit erhöhter Ansteckungsgefährdung sein. Bei kräftigen Erkrankten können diese Symptome trotz Ansteckungsgefahr schwach ausgeprägt sein und mitunter fehlen. Schwere Verläufe mit blutigem Auswurf (Hämoptoe), starker Blutarmut und Untergewicht sind auch in Mitteleuropa nicht rar. Die Zahl der Todesfälle an Tuberkulose ist in den letzten Jahrzehnten weit weniger abgeflacht als die Zahl der gesamten Erkrankungsfälle. Nach der Abschaffung der Röntgenreihenuntersuchungen Anfang der 1980er Jahre zeigt sich vor allem ein Rückgang der leichteren geschlossenen Formen.[15] Kommt es bei geschwächten Personen zu einer Aussaat der Mykobakterien über die Blutbahn mit Beteiligung beider Lungenhälften und vieler Organe gleichzeitig, spricht man von einer Miliartuberkulose. Sie stellt sich als schweres Krankheitsbild mit erheblicher Beeinträchtigung des Allgemeinzustandes, Fieber, Appetitlosigkeit, Gewichtsverlust, Husten und Luftnot dar. Auch eine Hirnhautentzündung (tuberkulöse Meningitis) kann auf diesem Weg entstehen. Diese zeigt sich zunächst in uncharakteristischen Symptomen wie Irritabilität und Wesensveränderung. Später kann es zu meningitischen Zeichen mit Kopfschmerzen, Nackensteifigkeit, Halluzinationen, Bewusstseinsstörungen, Krampfanfällen sowie Fieber, also einer schweren Beeinträchtigung des Allgemeinzustandes kommen. Unbehandelt führt sie zu Koma und Tod. Bei extremer Abwehrschwäche kann es zu einer fulminanten Sepsis mit in der Regel tödlichem Ausgang kommen, die vielfach als Landouzy-Sepsis bezeichnet wird.

Postprimäre Tuberkulose, sekundäre Tuberkulose

Bei mindestens zehn Prozent der Menschen, die sich mit Tuberkulose angesteckt haben, bricht die Krankheit zu einem späteren Zeitpunkt aus.[15] Die Patienten klagen dann oft über verschiedene Symptome: über Wochen anhaltender Husten mit Abhusten von gelblich-grünem Schleim, Abgeschlagenheit, Müdigkeit, subfebrile Temperaturen zum Abend hin und Nachtschweiß. Beim Husten können Schmerzen in der Brust auftreten und es kann zu Atemnot kommen. Blutiger Auswurf kann Ausdruck einer Arrosion der Bronchien sein und oft liegt dann bereits eine offene ansteckungsfähige Erkrankung vor. Blutiger Auswurf sollte daher umgehend ärztlich abgeklärt werden.

Die Tuberkulose-Bakterien vermehren sich in der Lunge und zerstören das Gewebe. Das zerstörte Gewebe bekommt bei Arrosion kleinerer oder mittlerer Äste des Bronchialbaumes Anschluss an die Atemwege und wird dann ausgehustet. Der Auswurf enthält jetzt Bakterien – der Patient leidet an offener Tuberkulose. Im fortgeschrittenen Stadium können durch Aussaat der Bakterien über die Blutbahn (hämatogene Streuung) weitere Organe befallen werden. Dann treten beispielsweise schmerzhafte Schwellungen an Knie- und anderen Gelenken oder der Wirbelsäule auf (Knochentuberkulose). Eine Sonderform der Tuberkulose ist die in Mitteleuropa sehr seltene Hauttuberkulose (Lupus vulgaris). Nicht abheilende kleine Wunden, Risse, warzenartige Eiterherde und umschriebene Geschwüre sind u. a. typische Symptome der Hauttuberkulose. Die bis ins 19. Jahrhundert der Tuberkulose zugeordnete Skrophulose hat mit der Hauttuberkulose nichts zu tun.

Organtuberkulose, extrapulmonale Tuberkulose

Neben der Beteiligung der Lunge, die mit etwa 80 % das mit Abstand am häufigsten betroffene Organ ist, kann sich die Tuberkulose auch in zahlreichen anderen Organen manifestieren. Diese Organtuberkulose kann entweder durch primäre Infektion an anderen Eintrittspforten als den Atemwegen oder aber durch Streuung über die Blutbahn im Rahmen der Primärtuberkulose der Lungen entstehen. Hiervon sind wiederum die Lymphknoten am häufigsten betroffen. Besteht aufgrund der käsigen Gewebsuntergänge (Nekrosen), wie sie für die Tuberkulose typisch sind, eine Tendenz zur Einschmelzung, kann daraus auch eine Hauttuberkulose (Skrophuloderm) entstehen. Eine Darmtuberkulose ist heutzutage sehr selten geworden, entsteht sie doch zumeist durch eine primäre Infektion mit Mycobacterium bovis in infizierter Milch. Eine Beteiligung der Nieren, Nebennieren, der Harnwege und des Genitaltraktes wird Urogenitaltuberkulose genannt und entsteht meist ebenso auf dem Blutweg wie eine Beteiligung von Knochen, Wirbelsäule (siehe auch: Percivall Pott#Morbus Pott, Pott-Gibbus) und Gelenken. Die Hirntuberkulose ist mittels Lumbalpunktion diagnostizierbar. Die unterschiedlichen Manifestationen gehen jeweils mit entsprechenden organspezifischen Symptomen einher.

Diagnostik

Zur Diagnosestellung tragen die Erhebung der Infektionsanamnese, eine Tuberkulin-Hauttestung, ein Interferon-γ-Bluttest, Gewebsuntersuchungen, eine bildgebende Diagnostik und wenn irgend möglich der kulturelle Erregernachweis bei. Die Diagnose gilt nur dann als gesichert, wenn die Falldefinitionen, in Deutschland die des Robert-Koch-Institutes, erfüllt sind, zum Beispiel: wenn neben dem klinischen Bild ein kultureller Erregernachweis von Mycobacterium tuberculosis vorliegt.[16] Diese Methoden können bei speziellen Fragestellungen durch moderne molekularbiologische oder immunologische Testverfahren ergänzt werden. Eine sichere Diagnose wird jedoch durch die höchst unterschiedliche Präsentation erschwert.[17]

Infektionsanamnese

Bei der Infektionsanamnese ist gezielt auch nach lang zurückliegenden Kontakten zu Personen, die an Tuberkulose erkrankt sind, und nach Aufenthalten in Ländern mit hoher Häufigkeit an Tuberkuloseerkrankungen zu fragen. Aber auch nach einem regelmäßigen Kontakt zu Personen mit hohem Tuberkuloserisiko muss genauso gefragt werden wie nach HIV-Infektion und anderen Immundefekten.[15]

Tuberkulin-Hauttestung

Beim Tuberkulin-Hauttest wird eine definierte Menge gereinigter und filtrierter Antigene aus Mykobakterien (Tuberkulin) in die Oberhaut (Epidermis) gespritzt. Ebenfalls gebräuchliche Stempeltests sind sehr unzuverlässig und daher nicht empfehlenswert. Hat das Immunsystem des getesteten Menschen schon einmal Kontakt mit Mykobakterien gehabt, tritt an der entsprechenden Stelle innerhalb von drei Tagen eine Abwehrreaktion mit Einwanderung von Abwehrzellen in die Haut ein, die zu einer Verdickung führt. Es handelt sich hier um eine Typ IV Reaktion (nach COOMBS). Bereits sechs Wochen nach einer Infektion mit TBC wird der Test positiv.

Eine tastbare Verhärtung an der Teststelle bezeichnet man als positive Reaktion. Dies kann bedeuten, dass eine Tuberkulose-Infektion stattgefunden hat. Über eine Erkrankung sagt der Test allerdings nichts aus. Auch nach einer Tuberkulose-Schutzimpfung ist eine positive Testreaktion möglich. Bleibt die Haut an der Teststelle unverändert oder zeigt sich nur eine Rötung, wird dies als negativ bewertet. Eine Tuberkulose-Infektion ist dann mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen.

Der Tuberkulin-Test ist ungefährlich und gut verträglich. Er kann auch bei Schwangeren, stillenden Müttern oder Kleinkindern ohne Bedenken durchgeführt werden.

Tuberkulin-Tests sind nur eingeschränkt verlässlich. Einerseits können sie gerade bei schweren Verläufen, wie einer Miliartuberkulose, negativ bleiben. Andererseits führen eine frühere Impfung oder ein Kontakt zu atypischen Mykobakterien (Mycobacteria Other Than Tuberculosis – MOTT) zu einer falsch positiven Reaktion.

Bildgebung

Besteht aufgrund von Symptomen und Vorgeschichte der Verdacht auf eine Tuberkulose, so sind auch bei negativem Tuberkulin-Test die Röntgenuntersuchung oder bei besonderen Fragestellungen die CT der Lunge gut brauchbare bildgebende Untersuchungsverfahren. Sie lassen oft das charakteristische, mottenfraßartige Bild des Lungenbefalls der Tuberkulose erkennen, welches der Erkrankung auch den Beinamen „die Motten“ eingebracht hat. Auch bei geschlossener Tuberkulose zeigen diese Untersuchungen einen Befund. Nachteilig ist aber, dass auf einem Röntgenbild nicht immer ausreichend sicher zwischen einer Tuberkulose und anderen Lungenerkrankungen differenziert werden kann.

Erregernachweis

Die Diagnose der Tuberkulose ist gesichert, wenn ein kultureller Nachweis der Erreger vorliegt. Dies gelingt aber ohne Schwierigkeiten nur bei einer offenen Tuberkulose aus Auswurf (Sputum), wenn die tuberkulösen Gewebeveränderungen Anschluss an das Bronchialsystem, die ableitenden Harnwege oder den Darm haben und ausgeschieden werden können. Andernfalls kann versucht werden, Material durch Punktionen mit Nadeln oder direkt durch Entnahme von Gewebe zu gewinnen. Der Vorteil des kulturellen Nachweises liegt in der Möglichkeit, eine Resistenztestung durchführen zu können und sollte daher immer angestrebt werden, da die Behandlung gezielt erfolgen kann. Da Kinder einerseits kaum Auswurf produzieren und andererseits, wie schon erwähnt, nur wenige Bakterien hochhusten, ist eine herkömmliche Sputumuntersuchung bei ihnen kaum zuverlässig. Im Kindesalter wird deshalb der Magennüchternsaft untersucht, denn hier sammelt sich das gesamte Sekret, das die Kinder während der Nacht nach oben gehustet und anschließend verschluckt haben. Die Mykobakterien wiederum sind säurefest und im Magensaft überlebensfähig. Südafrikanische Forscher konnten nachweisen, dass der Erregernachweis auch bei Säuglingen und Kindern aus dem Sputum möglich ist. Wenn man sie zuvor mit einer hochprozentigen Salzlösung inhalieren lässt (induziertes Sputum), gelingt der Nachweis von Mykobakterien aus dem anschließend ausgehusteten Sekret mit gleicher Zuverlässigkeit wie aus dem Magensaft.[18] Wegen des langsamen Wachstums muss man auf herkömmlichen festen Nährböden vier bis sechs Wochen auf ein Ergebnis warten. In Flüssigkulturen mit modernen Nachweismethoden für ein Mykobakterien-Wachstum gelingt der Nachweis möglicherweise schon nach etwa zwei Wochen.[11] Der früher häufig verwendete Tierversuch, bei dem Meerschweinchen das zu untersuchende Material in die Bauchhöhle gespritzt bekamen, wird nicht mehr eingesetzt. Moderne Nachweismethoden schließen molekulargenetische Methoden wie die Polymerase-Kettenreaktion ein.

Immunologische Testverfahren

Als weitere Diagnosemöglichkeit steht seit 2005 auch ein immunologisches Testverfahren zur Verfügung, der sogenannte γ-Interferon-Test. Dabei werden Abwehrzellen aus dem Blut mit einer Mischung aus Antigenen von Mycobacterium tuberculosis stimuliert. Wenn diese aufgrund einer Tuberkulose-Infektion schon mit den Erregern Kontakt hatten, bilden sie vermehrt den Botenstoff Interferon γ. Die Konzentration dieses Interferon γ kann im Zellüberstand bestimmt werden und liegt bei Blutproben infizierter Menschen deutlich über derjenigen in einer mitzuführenden Negativ-Kontrolle. Da die gewählten Antigene nur in Mycobakterium tuberculosis vorkommen sollten, nicht aber in den meisten atypischen Mykobakterien und auch nicht in den Impfstämmen der für die BCG-Impfung verwendeten Mykobakterien, lässt sich in der Theorie bei positivem Tuberkulin-Hauttest durch dieses Verfahren zwischen einer Infektion durch Tuberkulose-Bakterien und durch atypischen Mykobakterien unterscheiden. Die Sensitivität dieser Tests wird in verschiedenen Arbeiten mit 82 bis 100 %, die Spezifität mit 98 % angegeben.[16] Die Durchführung der Tests ist jedoch in Praxis mit Schwierigkeiten und Unsicherheiten verbunden. Das Zeitfenster für die Inkubation und auch die dabei notwendige Temperaturkonstanz von 37 °C bieten Fehlerquellen, ebenso wie die notwendige Erfahrung mit der Methode im Labor selbst. Die angegebenen Werte für die Sensitivität und Spezifität werden daher in der Praxis bei weitem nicht erreicht. Bei den beiden eingeführten Testen scheint der ELISPOT (speziell der T-SPOT-Test) insbesondere bei Kindern und bei extrem niedriger Anzahl von Helferzellen im Vorteil zu sein. Aber auch hier bestehen Fehlerquellen in der präanalytischen Phase. Wie bei allen Untersuchungsmethoden mit Sensitivität oder Spezifität unter 100 % sinkt die Aussagekraft mit der Prävalenzrate einer echten Infektion. Daher eignen sich auch diese in vitro Tests nicht zum Screening von Bevölkerungs- oder Berufsgruppen mit niedriger Durchseuchung. Bei zweifelhafter Exposition und positivem Ausfall [19] oder gesicherter enger Exposition und negativem Ausfall [20] empfiehlt sich daher eine genaue klinische Überprüfung mit der Methode nach Mendel-Mantoux und gegebenenfalls eine Wiederholung mit dem alternierenden Y-Interferontest. Auch der Zeitpunkt der Infektion ist mit den neueren in vitro Testverfahren nicht bestimmbar. Der Test wird häufig nach ausgeheilter Infektion in den folgenden Jahrzehnten wieder negativ. Es gibt Berichte über Störungen durch frühere BCG-Impfungen oder Boostereffekte nach vorausgegangener Testung nach Mendel-Mantoux.

2010 stellte eine britische Forschergruppe einen Test vor, der auf Änderung der Transkriptionssignatur in neutrophilen Granulozyten beruht. Durch diesen Test soll es möglich sein eine abgelaufene von einer aktiven Infektion zu unterscheiden. Die Marktreife bleibt noch abzuwarten.[21]

Therapie

Da sich die Erreger nur sehr langsam teilen und außerdem in den tuberkulösen Granulomen lange Zeit ruhen können, ist die Gefahr der Resistenzentwicklung bei Mykobakterien besonders hoch. Bei gesicherter Tuberkulose oder auch nur hochgradigem Tuberkuloseverdacht müssen daher alle Patienten mit einer Kombinationstherapie aus mehreren speziell gegen Mycobacterium tuberculosis wirksamen Antibiotika, auch Antituberkulotika genannten Medikamenten behandelt werden. Außerdem muss die Behandlungsdauer ebenfalls wegen der langsamen Teilungsgeschwindigkeit unbedingt ausreichend lang sein, um Rückfälle zu vermeiden.

Standardtherapie

Entsprechend derzeitig existierender Leitlinien soll die Therapie einer unkomplizierten Tuberkulose aus einer vierfachen Kombination von Isoniazid, Rifampicin, Ethambutol und Pyrazinamid bestehen und zunächst für zwei Monate durchgeführt werden. Anschließend muss die Behandlung für weitere vier Monate mit Isoniazid und Rifampicin fortgesetzt werden. Sie dauert also insgesamt mindestens ein halbes Jahr. Bei Kindern wird anfangs nur eine Dreifachkombination (ohne Ethambutol) eingesetzt. Dies ist ausnahmsweise auch in besonders leichten Formen bei Erwachsenen möglich. Als Reservemedikament bei Unverträglichkeiten steht noch Streptomycin zur Verfügung. Thiacetazon, eine sechste Substanz, wird aufgrund eines ungünstigen Nebenwirkungsprofils in den Industrienationen nicht angewandt. Es wird für die Behandlung von gleichzeitig an HIV erkrankten Patienten nicht empfohlen. Allerdings ist die Mehrzahl der Tuberkulosekranken in einigen armen Ländern, wo die Substanz wegen des günstigen Preises weiterhin zum Einsatz kommt, gleichzeitig HIV-positiv.[22]

Sollte sich in der mikrobiologischen Bakterienkultur eine Resistenz finden, muss im Sinne einer spezifischen Therapie ein Wechsel auf andere Antibiotika ins Auge gefasst werden, gegen die der konkrete Bakterienstamm tatsächlich empfindlich ist. In Flüssigkulturen (Bactec MGIT) kann ein Wachstum von Mykobakterien bei hoher Ausgangskonzentration und ohne Vorbehandlung bereits nach 1 Woche nachgewiesen werden. Ein positives Wachstum im Flüssigkultursystem allein erlaubt noch keine Artdiagnose der Mykobakterien, sie stellt jedoch die Basis für eine genaue Speziesdifferenzierung mittels weiterführender diagnostischer Methoden dar. Die parallele Bebrütung fester Nährböden (Löwenstein-Jensen- und Stonebrink-Medium) dauert meist länger, erlaubt aber eine Beurteilung der Koloniemorphologie. Das Endergebnis der Kultur liegt in der Festkultur nach max. 8-10 Wochen vor. Die konventionelle Resistenzüberprüfung der Standardmedikamente dauert mindestens 10 Tage. Es gibt mittlerweile kommerzielle Schnellteste, die mit molekularbiologischen Methoden Resistenzen früher nachweisen können. Diese neueren Methoden haben sich in der Praxis noch nicht bewährt.

Die häufigste Nebenwirkung von Isoniazid ist eine periphere Polyneuropathie. Des Weiteren kann es wie bei Rifampicin und Pyrazinamid auch zu Leberschäden kommen. Ethambutol kann eine Entzündung des Sehnerven (Nervus opticus) hervorrufen, Streptomycin schädigt Nieren und Innenohr. Diese Organe sollten vor Beginn und im Verlauf der Therapie überwacht werden.

Da sich die Patienten oft relativ gesund fühlen, nehmen viele die Tabletten von sich aus nach gewisser Zeit nicht mehr regelmäßig ein (vergleiche: Compliance).

Nachdem die Zulassung mehrerer neuer Tuberkulosemedikamente bevorsteht, wird in Mausstudien bereits erprobt, mit welcher Medikamentenkombination eine Verkürzung der Behandlungszeit möglich wäre. Mit der Kombination TMC207, Pyrazinamid und Rifapentin/Moxifloxazin konnten trotz Verkürzung auf zwei Monate 100 Prozent der Keime getötet werden.[23]

Therapie der multiresistenten Tuberkulose

Bei Vorliegen von Resistenzen gegen die Standardmedikamente soll nach Austestung aller zur Verfügung stehenden Antituberkulotika die Behandlung um mindestens zwei wirksame Substanzen erweitert werden.[8] Angewandt werden Kombinationen verschiedener Wirkstoffe: Die Aminoglykoside Capreomycin und Kanamycin, die Fluorchinolone Ofloxacin, Ciprofloxacin, Moxifloxacin und Levofloxacin, die Thionamide Ethionamid, Prothionamid sowie die bakteriostatisch wirksamen Substanzen Paraaminosalicylsäure (PAS) und Cycloserin. Das Antibiotikum Linezolid galt einige Zeit als Wunderwaffe gegen multiresistente Tuberkulose und findet noch heute bei besonders schweren Fällen Anwendung.

Die Behandlung einer multiresistenten Tuberkulose (Multidrug-Resistant Tuberculosis – MDR-TB) bedeutet die Einnahme mehrerer Medikamente gleichzeitig über einen Zeitraum von mindestens 21 Monaten. In den ersten drei Monaten erhalten die Patienten eine Mischung aus fünf verschiedenen Medikamenten. Grundsätzlich sind die Chancen auf eine erfolgreiche Behandlung einer multiresistenten Tuberkulose geringer als bei der Behandlung einer unkomplizierten Tuberkulose, selbst wenn die Patienten die effizienteste Therapie erhalten.

Die Anwendung von Ofloxazin und Levofloxazin ist durch vergleichsweise hohe Produktpreise in ärmeren Ländern kaum durchführbar. Beide Wirkstoffe stehen unter Patentschutz der Hersteller. Capreomycin wird nur von einem einzigen Hersteller (Eli Lilly) vertrieben, zu einem Preis, der die Verwendung enorm einschränkt.

In einer türkischen Studie führte die zusätzliche Anwendung einer pulmonalen Resektion bei 12 von 13 MDR-TB-Patienten zu einer dauerhaften Heilung.[24]

Therapie der komplizierten Tuberkulose

Bei zusätzlichen Komplikationen, wie zum Beispiel Verlegung eines Teils der Atemwege durch einen beteiligten Lymphknoten, soll die Behandlung auf insgesamt neun bis zwölf Monate ausgedehnt werden. Eine Miliartuberkulose oder eine tuberkulöse Hirnhautentzündung (Meningitis) machen eine initiale Vierfachtherapie auch im Kindesalter über dann eher drei Monate und eine Ausdehnung der Gesamtbehandlungsdauer auf neun bis zwölf Monate erforderlich. Außerdem sollen die Patienten für mindestens sechs Wochen mit Prednisolon beziehungsweise bei der Meningitis mit Dexamethason in absteigender Dosierung behandelt werden .[25]

Eine besondere therapeutische Herausforderung stellt die Behandlung der Tuberkulose bei gleichzeitig HIV-infizierten Patienten dar. Insbesondere das Standardmedikament Rifampicin darf wegen erheblicher Wechselwirkungen nicht gleichzeitig mit bestimmten Wirkstoffen, die zur Therapie der HIV-Infektion eingesetzt werden, verabreicht werden. Daher muss von entsprechend erfahrenen Fachärzten entweder die HIV-Therapie oder die tuberkulostatische Therapie umgestellt werden.

Unterstützende Behandlung

Aufgrund der Schwierigkeit und Langwierigkeit der Standardtherapie wurde versucht, durch Ergänzung diverser Stoffe die Therapie zu unterstützen. Am aussichtsreichsten zeigten sich hierbei L-Arginin, eine Aminosäure, die die Bildung von reaktiven Stickstoffspezies in Makrophagen unterstützen soll, so durch täglichen Verzehr von 30 Erdnüssen, die etwa 1 g L-Arginin enthalten[26], und Vitamin D, dessen unterstützende Rolle bei Infektionen allgemein belegt ist. Beide Stoffe sind in Erkrankten zu wenig vorhanden.[27][28][29]

Weiters untersuchten Subbian und andere in einer Studie mit Kaninchen den Einfluss eines PDE-4-Hemmers auf die angeborene Immunantwort in der Lunge und den Effekt, den ihre Abschwächung wiederum auf die Expression verschiedener Bakteriengene hatte. Es zeigte sich eine verminderte Expression der INH-Resistenzgene und, damit zusammenhängend, eine bessere Clearance des Gewebes bei Behandlung mit Isoniazid.[30]

Prävention

Da es derzeit keinen wirksamen Impfschutz gegen Tuberkulose gibt, besteht die wichtigste vorbeugende Maßnahme darin, infizierte Personen möglichst frühzeitig zu entdecken und sowohl rasch als auch effektiv zu behandeln. Wegen der geringen Fallzahl in Deutschland sind hierzu Reihenuntersuchungen weder in Form von Tuberkulintestungen noch von Röntgenuntersuchungen sinnvoll. Die aktive Suche nach infizierten Personen in Form einer Umgebungsuntersuchung von Kontaktpersonen von Patienten mit infektiöser Tuberkulose ist eine unverzichtbare Voraussetzung zur Verringerung der Erkrankungshäufigkeit. Zur Gruppe der Personen mit erhöhtem Tuberkuloserisiko, bei denen aktiv nach einer Infektion gesucht werden soll, gehören außerdem zum Beispiel Personen aus Ländern mit hoher Tuberkuloserate, Obdachlose, Drogenabhängige, Gefängnisinsassen, aber auch HIV-Positive.[8]

Impfung

Bis 1998 gab es eine aktive Schutzimpfung (Lebendimpfung) mit einem abgeschwächten Mykobakterien-Impfstamm (BCG) gegen die Tuberkulose. Bei der Einführung des Impfstoffs kam es 1930 in Lübeck zum Lübecker Impfunglück. Dabei wurden 208 Kinder durch eine fehlerhafte Verarbeitung der aus Paris bezogenen BCG-Kultur zu Impfstoff mit virulenten Tuberkulosebakterien infiziert. 77 von ihnen starben. Durch diesen Impfunfall weiß man aus der Beobachtung dieser Kinder heute viel über den Verlauf der Krankheit. Die Einführung der Impfung in Deutschland wurde dadurch aber bis in die Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg verzögert. Die BCG-Impfung wird heute von der Ständigen Impfkommission nicht mehr empfohlen, da die eingeschränkte Wirksamkeit die Impfkomplikationen nicht aufwiegen konnte. Außerdem ist bei geimpften Personen der Tuberkulintest auch nach Jahrzehnten noch gelegentlich leicht bis mäßig positiv. Aus diesem Grund wird dieser Test (etwa bei einem Kontakt mit einer Person, die an „offener“ TBC erkrankte) erst bei einer stärkeren Reaktion in Form einer verhärteten Schwellung (Induration) von mehr als 15 mm Querdurchmesser zur Unterarmachse als positiv gewertet. Auch weltweit konnte die BCG-Impfung die Verbreitung der Tuberkulose nicht eindämmen, obwohl sie zu den am weitesten verbreiteten Impfungen gehört. Lediglich die besonders fulminanten und gefürchteten Verläufe im Kindesalter in Form einer tuberkulösen Meningitis oder einer Miliartuberkulose vermag die BCG-Impfung wohl relativ zuverlässig zu verhindern. Derzeit versuchen verschiedene Forscher durch gentechnische Veränderungen des BCG-Impfstammes die Wirksamkeit dadurch zu erhöhen, dass die Impfbakterien zusätzliche Antigene produzieren, durch die das Immunsystem besser auf die echten Mykobakterien reagieren kann.[14]

Der BCG-Impfstoff ist besonders in den Tropen und in den Subtropen von sehr schlechter Wirksamkeit. Tiermodelle wie auch Impfstudien mit Menschen zeigten, dass die schlechte Wirksamkeit von bereits existierenden Immunantworten auf boden- und (trink-)wasserbewohnende, nichtpathogene Mycobacterium-Arten herrührt. Viele der Mykobakterien besitzen kreuz-reaktive Antigene, so dass eine Infektion mit dem einen Mykobakterium einen gewissen Schutz gegen die Infektion mit dem anderen verleiht. Dies hat Folgen für den Impfschutz: Einerseits bestehen Antikörper gegen den BCG-Lebendimpfstoff – der Impfstoff wird vom Körper vernichtet, bevor er selbst das Immunsystem stimulieren kann. Und zweitens besteht durch die im täglichen Leben aufgenommenen Mykobakterien ein immerhin so guter Schutz gegen das Tuberkulose-Bakterium, dass die Impfung keinen nennenswerten zusätzlichen Schutz bringt. Man vermutet, dass durch die bessere Hygiene und Trinkwasseraufbereitung in Industrieländern dieser natürliche „Impfschutz“ fehlt und dadurch die BCG-Impfung bislang effektiv war.[31] In den 1970er Jahren wurde eine Tuberkulose-Impfstoff-Studie in Indien mit 260.000 Menschen durchgeführt. Diese ergab, dass mehr Fälle von Tuberkulose bei den Geimpften, als bei den Ungeimpften aufgetreten sind.[32]

Eine Phase-I-Studie mit einem neuen Impfstoff „VPM-1012“ wurde in den Jahren 2009 und 2010 in Neuss an 24 Probanden getestet und mit guter Verträglichkeit bewertet. Der Impfstoff VPM-1012, der in gleicher Applikation wie BCG geimpft wird, wurde ohne relevante, schwere Nebenwirkungen getestet. Eine Marktzulassung ist bis zum Jahr 2017 zu erwarten.

Im Mausmodell konnte Ende 2010 gezeigt werden, dass intranasale Impfung mit mRNA (Hsp-65) von M. leprae effektiv und sicher vor Infektion mit M. tuberculosis schützt.[33]

Chemoprophylaxe und Chemoprävention

Da kleine Kinder unter fünf Jahren nach einer Infektion häufiger und schneller erkranken als Erwachsene (20 % der angesteckten Kinder erkranken nach der Literatur bei einer Mindestlatenzzeit von etwa drei Wochen bis zu Jahren oder gar Jahrzehnten), gelten bei ihnen nach Kontakt zu an Tuberkulose Erkrankten besondere Vorsorgemaßnahmen. Auch bei negativer Tuberkulin-Testung sollten sie nach den Richtlinien der Schweizer Lungenliga für zwei Monate prophylaktisch mit Antituberkulotika (z. B. Isoniazid) behandelt werden. Wenn nach diesen zwei Monaten der Tuberkulin-Test immer noch negativ ist, kann die Behandlung beendet werden. Ist der Tuberkulin-Test in der Zwischenzeit aber positiv geworden, muss zum einen eine aktive Tuberkulose durch eine Röntgenuntersuchung der Lungen ausgeschlossen werden. In Europa geschieht dies durch eine Brustaufnahme; in Übersee wie in Australien empfiehlt man dagegen gerade bei Kindern eine Computertomographie der Brustorgane. Die Behandlung mit dem Antituberkulotikum wird dann für weitere Monate als Chemoprävention fortgesetzt. Wenn die Erreger bei der Infektionsquelle bekanntermaßen resistent gegen das Antituberkulotikum sind, muss die Chemoprophylaxe selbstverständlich mit einem anderen Wirkstoff, vorzugsweise Rifampicin erfolgen. Bei Mehrfachresistenzen soll sie sogar mit zwei verschiedenen wirksamen Substanzen durchgeführt werden.[15]

Geschichte

Paläolithikum / Neolithikum

Untersuchungen eines etwa 500.000 Jahre alten Fossils des Frühmenschen Homo erectus aus der Türkei ergaben, dass die Tuberkulose wesentlich früher in der Menschheitsgeschichte aufgetreten ist als bislang gedacht. An dem Schädeldach fanden sich Spuren einer durch Tuberkulose ausgelösten Hirnhautentzündung (Leptomeningitis tuberculosa). Die Forscher mutmaßen, dass dieser aus Afrika stammende Frühmensch dunkelhäutig gewesen sei und daher im Vergleich zu hellhäutigen Menschen deutlich weniger Vitamin D produzieren konnte, was ihn folglich besonders anfällig für diese Erkrankung gemacht haben könnte.[34] Diese allerdings nur auf morphologischen Skelettveränderungen beruhende Annahme einer Erkrankung an Tuberkulose sowie der weitere, nunmehr erstmals molekularbiologisch abgesicherte und 9000 Jahre alte Befund [35] bestätigen die Annahme der modernen Forschung, dass die Tuberkulose nicht in der Jungsteinzeit im Verlaufe der Domestikation des Viehs von diesem auf den Menschen übersprang, sondern sich während eines langen, wesentlich früher beginnenden Zeitraumes parallel mit dem Homo erectus entwickelte.

Antike

Lange Zeit war diese Infektionskrankheit erst seit dem Altertum bekannt. Skelettüberreste von prähistorischen Menschen (4000 v. Chr.) zeigten Spuren der Krankheit. Tuberkulöse Zerstörung wurde auch in Knochen ägyptischer Mumien von 3000 bis 2400 v. Chr. gefunden. Vergleichbare Befunde aus Altamerika datieren um 2000 v. Chr. Nach den schriftlichen Überlieferungen gibt es Hinweise auf eine Tuberkuloseepidemie in Indien um 1300 v. Chr.

Um 460 v. Chr. kennzeichnete Hippokrates Phthisis (griech. φθίσις = Schwund) als die am weitesten verbreitete Krankheit aller Zeiten, die fast immer tödlich war. Von ihm sind eindrucksvolle Krankheitsbeschreibungen überliefert. Zu dieser Zeit bestand das Behandlungskonzept im Wesentlichen in „hygienisch-diätetischen“ Maßnahmen: „Gut essen, wenig körperliche Arbeit, keine Frauen.“

Mittelalter

Die Tuberkulose spielte im frühen Mittelalter in Europa aufgrund der dünnen Besiedelung eine untergeordnete Rolle. Stärker war sie lediglich in den wenigen Ballungsgebieten vertreten. Dazu gehörte in erster Linie Byzanz. Unter den Tuberkuloseopfern der Zeit finden sich Opfer aus allen Klassen bis hin zu Angehörigen des Kaiserhauses. In der medizinischen Literatur aus Byzanz sind in allen Zeiten tuberkulöse Krankheitsbilder beschrieben. Wesentliche Neuerungen in der Therapie der Tuberkulose wurden dagegen im Mittelalter nicht eingeführt. Bis in die frühe Neuzeit verharrte man auf dem Stand der hippokratischen Schriften und derer Galens. Eine der wenigen Ausnahmen war im 6. Jahrhundert Alexander von Tralleis aus Lydien, der therapeutische Maßnahmen weiterentwickelte oder ausdifferenzierte.

Neuzeit

Nach einem vorausgehenden Ausbruch in Italien in der zweiten Hälfte des 15. Jahrhunderts begann im 17. Jahrhundert die größte und längste geschichtliche Welle der Tuberkulose. Sie gipfelte im 18. Jahrhundert und hält nach einem temporären Aufflackern der Epidemie kurz nach dem Ersten und dem Zweiten Weltkrieg in letzten Ausläufern noch heute an. In den europäischen Ländern gab es im 18. Jahrhundert hinsichtlich der Auffassung der Pathogenese unterschiedliche Traditionen. Viele Medizinautoren dieser Zeit betrachteten die Tuberkulose als die schlimmste unter den damals bekannten Seuchen. Als Ursachen sahen sie eine Ungleichverteilung der Körpersäfte, unheilvolle Ausdünstungen des Bodens, die Verstädterung oder den Verfall der Sitten an. In Italien neigte man dagegen traditionell zu einer contagiösen, d. h. übertragbaren Ursache. Konsequenterweise führte die Republik Venedig Mitte des 18. Jahrhunderts die schriftliche Meldepflicht bei Erkrankungen an der Phthyse (Schwindsucht) der Lungen ein. Die persönliche Habe der an der Erkrankung verstorbenen Personen wurde zur Minderung der Ansteckungsgefahr verbrannt. In England und den nordischen Ländern vertrat man dagegen gemeinhin die Ansicht, die Erkrankung beruhe auf einer hereditären (erblichen) Ursache. Eine große Ausnahme stellte in England die kongeniale Veröffentlichung Benjamin Martens von 1720 dar: A New Theory of Consumptions, in der Marten 162 Jahre vor Robert Koch die Ursache der Erkrankung einer Infektion durch Mikroorganismen zuschrieb. Martens in einer kleinen Auflage erschienene Veröffentlichung fand keine weitere Rezeption. In Frankreich, Deutschland und der Schweiz mischten sich die Vertreter beider Schulen. Zum Teil vertrat man hier ausdrücklich die hereditäre Theorie, leitete aber gleichzeitig Maßnahmen zur Minderung einer Ansteckungsgefahr ein. Eine herausragende Rolle unter den Phthysiologen seiner Zeit nahm Johann Jakob Wepfer in Schaffhausen ein, der bei seinem Studienaufenthalt in Italien die Idee von der kontagiösen Ätiologie der Erkrankung übernommen hatte. Er beschrieb so als erster die Entstehung der Lungencavernen (hanc calamitatem) aus Tuberkeln (tubercula). Seine Arbeiten und Untersuchungen zur Epidemiologie der Tuberkulose gingen in Vielem qualitativ über die Leistungen der folgenden zwei Jahrhunderte hinaus. Sie wurden erst postum 1727 durch den Sohn veröffentlicht und blieben außerhalb eines kleinen Expertenzirkels unbekannt.

Wegen der Vielzahl ihrer Symptome wurde die Krankheit bis ins 19. Jahrhundert nicht von anderen Erkrankungen mit ähnlichen Symptomen wie der heute seltenen Skrofulose abgegrenzt. Erst 1819 erklärte Laënnec die Einheitlichkeit von Tuberkeln mit Miliarknötchen und Kavernen und erkannte, dass die „tuberkulöse Materie“ sich neben der Lunge auch in anderen Organen bilden kann. Erst 1839 wurde von Johann Lukas Schönlein der einheitliche Krankheitsbegriff „Tuberkulose“ geprägt.

Das Bakterium Mycobacterium tuberculosis wurde am 24. März 1882 durch Robert Koch beschrieben. Er erhielt 1905 für diese Entdeckung den Nobelpreis in Physiologie (Medizin). Koch glaubte nicht, dass sich die bovine und menschliche Tuberkulose ähnlich waren, was die Erkennung infizierter Milch als Quelle der Erkrankung verzögerte. Später wurde diese Quelle durch Pasteurisierung beseitigt. Koch braute 1890 einen Glycerin-Extrakt der Tuberkelbazillen als „Hilfsmittel“ zur Behandlung der Tuberkulose und nannte ihn Tuberkulin. Es war bei einer zunächst euphorischen Anwendung nicht wirkungsvoll. Die Beobachtung lokaler Hautreaktionen bei der Anwendung von Tuberkulin führte aber später zur Entwicklung eines Testverfahrens zum Nachweis der Ansteckung respektive Erkrankung durch Clemens von Pirquet 1908, Felix Mendel und Charles Mantoux jeweils um 1910.

Der erste echte Erfolg bei Immunisierung gegen Tuberkulose wurde von Albert Calmette und Camille Guérin 1906 mit ihrem BCG-Impfstoff erreicht. Er wurde zuerst am 18. Juli 1921 in Frankreich am Menschen angewendet. Nationalistische Strömungen, die das Lübecker Impfunglück für ihre Zwecke ausschlachteten, verhinderten in Deutschland den weitverbreiteten Gebrauch bis nach dem Zweiten Weltkrieg.

Tuberkulose fand im 19. und frühen 20. Jahrhundert allgemeines Interesse als die endemische Krankheit der städtischen Armen. 1815 wurde in England einer von vier Todesfällen und 1918 ein Sechstel der Todesfälle in Frankreich durch Tuberkulose verursacht. Noch um 1880 war in Deutschland jeder zweite Todesfall in der Altersgruppe der 15- bis 40-Jährigen auf diese Krankheit zurückzuführen.

Das erste Tuberkulose-Sanatorium weltweit wurde 1855 in Deutschland eröffnet, im niederschlesischen Görbersdorf (heute Sokołowsko, Polen). Nachdem man auch im Norden erkannt hatte, dass die Krankheit ansteckend ist, wurde die Tuberkulose in den 1880ern in Großbritannien meldepflichtig. Damals gab es Kampagnen zum Vermeiden des Ausspuckens auf öffentlichen Plätzen, und die angesteckten Armen wurden „angeregt“, in Sanatorien zu gehen, die eher Gefängnissen ähnelten. Trotz des behaupteten Nutzens der Frischluft und der Arbeit im Sanatorium verstarben 75 Prozent der Insassen innerhalb von fünf Jahren (1908).

Neben diesen noch immer dem hygienisch-diätetischen Behandlungskonzept anhängenden Maßnahmen gab es im 19. Jahrhundert mit zunehmend besseren chirurgischen Maßnahmen auch verschiedenste lokale Behandlungskonzepte. Insbesondere die Pneumothorax-Technik fand in unterschiedlichsten Variationen verbreitete Anwendung. Dabei wurde ein betroffener Lungenflügel künstlich zum Kollabieren gebracht, um die Lunge zum Stillstand und zur Ausheilung der Veränderungen zu veranlassen. Diese Technik war aber von geringem Nutzen und wurde nach 1946 allmählich eingestellt. Daneben wurden auch immer feinere Resektionsverfahren entwickelt, mit denen betroffene Lungenabschnitte einfach entfernt wurden.

In den hundert Jahren von 1850 bis 1950 sank in Europa die durch Tuberkulose verursachte Sterblichkeitsrate von 500 auf 50 von 100.000 Todesfällen. Verbesserungen im öffentlichen Gesundheitswesen, vor allem die Einrichtung eines dichten Netzes von Tuberkulosefürsorgestellen ab 1905 verringerten die Zahl der Erkrankungen schon vor Einführung von Antibiotika. Dabei wurde das Konzept mehrfach gewechselt. Bis 1945 stand die Heilstättenbehandlung von Frühfällen und leicht erkrankten Fällen im Vordergrund. Aus den Erfahrungen der kriegsbeeinflussten Jahre 1917 bis 1919 wurde 1945 das stationäre Behandlungskonzept grundlegend geändert. Primär wurden nur noch schwere und ansteckungsverdächtige Fälle in die Heilstätten aufgenommen. Die Heilstätten wurden apparativ aufgerüstet um unter Einschluss lungenchirurgischer Verfahren eine Maximalversorgung anbieten zu können.

Mit der Entwicklung des Antibiotikums Streptomycin im Jahre 1946 wurde neben der Prävention die aktive Behandlung möglich. Der Erfolg der medikamentösen Behandlung wurde zunächst durch die große Häufigkeit von Resistenzen der Mykobakterien gegen Streptomycin getrübt. Die fast gleichzeitige Herstellung von Paraaminosalicylsäure PAS fand zunächst kaum Beachtung, obwohl die Kombination beider Substanzen die Selektion Streptomycin-resistenter Stämme schon verhindern kann. Ab 1952 fand Isoniazid als weiteres Tuberkulosemedikament zunehmende Verwendung. Von dieser Zeit an wurde die Kombinationstherapie zur Vermeidung von Resistenzbildungen Standard der Tuberkulosebehandlung. Der bis heute anhaltende Durchbruch in der antituberkulotischen Behandlung wurde ab den 60er Jahre durch das Hinzukommen von Ethambutol und zuletzt Rifampicin erzielt.

Die Hoffnung, dass die Krankheit vollständig beseitigt werden könnte, wankt seit dem Auftreten antibiotikaresistenter Stämme (d. h. resistent gegen mindestens Rifampicin und Isoniazid) in den 1980er Jahren. So gab es um 1955 50.000 Tuberkulose-Fälle in Großbritannien. In der Zeit von 1987 bis zum Jahre 2001 stieg die Zahl der Tuberkulosekranken in Großbritannien wieder von 5500 auf über 7000 bestätigte Fälle. Wegen der Abschaffung des öffentlichen Gesundheitswesens in New York in den siebziger Jahren gab es dort eine Zunahme der Erkrankungsfälle in den 1980er Jahren. Die Zahl derer, die ihre Medikamente nicht einnehmen konnten, war hoch. In der Folge erlitten in New York mehr als 20.000 Menschen eine vermeidbare Infektion mit antibiotikaresistenten Erregerstämmen. Das Wiederaufleben der Tuberkulose veranlasste die WHO 1993 dazu, einen globalen Gesundheitsnotfall auszurufen. 1996 erklärte sie den 24. März zum Welttuberkulosetag.

Die Tuberkulose in der Kunst

Aufgrund ihrer enormen Bedeutung spiegelt sich die Krankheit vielfach in der Kunst wider. Manche Künstler verarbeiteten die Konfrontation mit dem frühen (eigenen) Tod auf eindrucksvolle Weise. Bereits in der darstellenden Kunst der Ägypter findet sich ab dem mittleren Reich die Darstellung des Gibbus, dem markanten äußeren Ausdruck der Pott’s Disease, der Wirbelsäulentuberkulose. Vergleichbare Darstellungen sind auch aus den altamerikanischen Kulturen überliefert.

Eines der wohl bekanntesten Beispiele dürfte Thomas Manns Zauberberg (Erstausgabe von 1924) sein. Inspiriert durch die Erkrankung seiner Frau Katia spielt der weltbekannte Roman in Davos zu einer Zeit ohne wirksame Medikamente.
In den letzten Jahren seines Lebens erkrankte der deutsche Schriftsteller Friedrich Schiller immer öfter an einer Tuberkuloseerkrankung. In dieser Zeit entstand eines seiner wichtigsten Werke, das Buch über „Wilhelm Tell“. Am 9. Mai 1805 verstarb der Schriftsteller an der durch die Tuberkuloseerkrankung hervorgerufenen akuten Lungenentzündung in Weimar.
Thomas Bernhard, der selbst seit frühen Jahren an Tuberkulose litt, verarbeitete die Krankheit in beinahe allen Werken. Viele seiner Protagonisten sind Kranke und Leidende. Besonders deutlich wird das in seinen autobiographischen Bänden Die Kälte und Der Atem. Bernhard starb 1989 letztlich auch an den Folgen dieser Krankheit.
Schon 1848 ließ Alexandre Dumas d. J. in seinem Roman La Dame aux Camélias – Die Kameliendame (EA Paris, Alexandre Cadot) die weibliche Hauptfigur an der Tuberkulose sterben. Der Stoff wurde von Giuseppe Verdi (Musik) und Francesco Maria Piave (Libretto) in der 1853 uraufgeführten Oper La Traviata (italienisch: Die Gestrauchelte oder Die Entgleiste) verarbeitet. In dieser geht Violetta Valery sehr realistisch drei Akte lang an der „weißen Pest“ zugrunde. Zur Zeit der Entstehung war es fast ein Skandal, den Tod so realistisch zu inszenieren.
In der 1896 uraufgeführten Oper La Bohème von Giacomo Puccini stirbt die Hauptfigur Mimi im 4. Akt an der Tuberkulose.
In dem Roman Das Tagebuch der Jutta S. von Inge Stolten werden ausführlich die Diagnose- und Therapiemethoden der 1950er Jahre beschrieben, inklusive eines längeren Luftkur-Aufenthalts der Hauptperson.
Im 1967 veröffentlichten Lied „T. B. Sheets“ schildert der nordirische Musiker Van Morrison das Leid eines jungen Mädchens, das auf der Tuberkulose-Abteilung eines Spitals im Sterben liegt, aus der Sicht ihres mit der Situation völlig überforderten Freundes.
In John Schlesingers Film Asphalt-Cowboy (1969) siecht der Kleingauner „Ratso“ – gespielt von Dustin Hoffman – klinisch tadellos und oscarnominiert an der Tuberkulose dahin.
John le Carré beschreibt im Roman Der ewige Gärtner eine im Jahr 2001 spielende Verschwörung eines Multikonzerns, der ein neuartiges, noch in der Entwicklung befindliches Mittel gegen Tuberkulose im Feldversuch an Einheimischen in Kenia ohne deren Wissen anwendet und dadurch ethische Grenzen überschreitet.
Einer trage des anderen Last (1987), preisgekrönter Film der DEFA, Regie: Lothar Warneke: Zu Zeiten der DDR müssen sich ein Polizist und ein evangelischer Pfarrer ein Zimmer in einer Tuberkuloseklinik teilen. Dabei diskutieren sie über Gott, die Liebe, den Sinn des Lebens, den Tod und die Krankheit. Aus anfänglicher Abneigung wird Freundschaft.
Weitere Beispiele aus Literatur und Film sind Ippolít Teréntjeff in Der Idiot (Roman von Fjodor Dostojewski); Julika Stiller-Tschudy in Stiller (Roman von Max Frisch); Patrice Hollmann (Pat) in Erich Maria Remarques Roman Drei Kameraden; Lilian in Remarques Roman Der Himmel kennt keine Günstlinge, Ruby Gillis in Anne in Kingsport (Roman von Lucy Maud Montgomery); Red Stovall (gespielt von Clint Eastwood) in dem Film Honkytonk Man (USA 1982); Satine (gespielt von Nicole Kidman) in dem Film Moulin Rouge (USA 2001), nach Verdis Oper bzw. Dumas' Roman, siehe oben.
In Franz Kafkas Parabel „Auf der Galerie“ leidet die im ersten Teil erwähnte Kunstreiterin an Tuberkulose, dort Lungensucht genannt. Franz Kafka litt zeitlebens an einer Tuberkuloseerkrankung.
Drei der sechs Geschwister Brontë sterben an Tuberkulose. Charlotte Brontë nimmt das Thema in ihrem Roman Jane Eyre auf, in dem Janes Freundin Helen Burns daran stirbt. Auch im Roman Sturmhöhe ihrer Schwester Emily Brontë ist Tuberkulose ein Thema. Darin stirbt Hindleys Frau Frances sehr jung an Tuberkulose.
Angorichina ist ein 2011 erschienener Roman von Marion Grace Wolley über Menschen in einem Tuberkulose-Sanatorium in Australien in den 1930er Jahren.

Tuberkulose bei Tieren

Tuberkulosen kommen bei nahezu allen Wirbeltieren vor.

Mycobacterium tuberculosis

M. tuberculosis kann auch bei Haustieren, aber auch bei Wildtieren (wie zum Beispiel Hirsche oder Springbock[36]) eine Erkrankung hervorrufen. Beschrieben ist die Infektion aufgrund des engeren Kontakts zum Menschen bei vielen domestizierten Arten, z. B. bei Haushunden, Hauskatzen und Papageien, und bei Zootieren wie Elefanten.[37]

Bei den meisten Tierarten sitzt der Primärherd vor allem in der Lunge, die Erkrankung gleicht also der Lungentuberkulose des Menschen. Bei Schweinen sind nahezu ausschließlich die mesenterialen Lymphknoten betroffen. Bei Rindern verläuft die Infektion mit M. tuberculosis zumeist ohne pathologische Prozesse, von Bedeutung ist aber, dass der Erreger mit der Milch ausgeschieden wird, weshalb die Pasteurisierung der Milch eine wesentliche Maßnahme für die Bekämpfung der Tuberkulose des Menschen war. Rohmilch sollte allenfalls aus tuberkulosefreien Rinderbeständen konsumiert werden.

Andere Mykobakterien

Die Tuberkulose der Rinder ist von den Tiertuberkulosen für den Menschen am bedeutsamsten. Ihr Erreger, M. bovis, besitzt zwar eine relativ hohe Wirtsspezifität, kann aber auch Erkrankungen bei Menschen und anderen Säugetieren (einschließlich aller Haustiere) verursachen, zählt also zu den Zoonosen. Die Tuberkulose der Rinder ist eine anzeigepflichtige Tierseuche. Die Tuberkulose der Ziegen (M. caprae, ehemals M. bovis ssp. caprae [38]) verhält sich ähnlich.

Die Geflügeltuberkulose wird durch M. avium verursacht. Sie war eine der häufigsten Erkrankungen bei Haushühnern, ist heute allerdings selten. Prinzipiell sind alle Vogelarten, aber auch der Mensch, Rinder, Schweine, Schafe, Ziegen, Katzen und vor allem das Kaninchen empfänglich. Die Geflügeltuberkulose zählt zu den meldepflichtigen Tierseuchen.

Bei Schlangen ist die Tuberkulose selten und verläuft meist chronisch mit Tuberkelbildung in inneren Organen, der Unterhaut oder im Maul. Hauptsächliche Erreger sind M. thamnopheos, M. marinum und M. chelonae. Bei Echsen ist die Erkrankung ebenfalls selten und verläuft als unspezifische Allgemeinerkrankung oder unter Manifestation in der Haut. Haupterreger sind M. ulcerans, M. marinum und M. thamnopheos. M. ulcerans ist beim Menschen Erreger des Buruli-Ulkus.

Die Fischtuberkulose wird durch M. marinum, M. fortuitum und M. chelonae hervorgerufen und befällt sowohl Süß- als auch Salzwasserfische. M. chelonae kann bei Verfütterung infizierter Fische auch bei Schildkröten geschwürige Veränderungen im oberen Verdauungstrakt, Lungenentzündungen und Hauterkrankungen auslösen.

Die Paratuberkulose ist eine durch M. paratuberculosis hervorgerufene Darmerkrankung der Wiederkäuer.

Als Pseudotuberkulose bezeichnet man zwei unterschiedliche, Tuberkulose-ähnliche Krankheitsbilder, die nicht durch Mykobakterien verursacht werden, sondern durch Corynebacterium pseudotuberculosis bzw. Yersinia pseudotuberculosis.

Museum

Am 1. Dezember 2011 wurde im Rohrbacher Schlösschen in Heidelberg auf dem Gelände der Thorax-Klinik das Museum für Tuberkulose eröffnet. Es besteht zu einem großen Teil aus den Exponaten und der Fachliteratur des früheren Tuberkulose-Archivs in Fulda. Von Anfang 2012 an wird es öffentlich zugänglich sein.

Literatur

20. Jahrhundert

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Wilhelm Roloff: Die Lungentuberkulose. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1948.
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Neuere Literatur

Deutsche Gesellschaft für Pädiatrische Infektiologie e. V. (DGPI) (Hrsg.): Handbuch Infektionen bei Kindern und Jugendlichen. 4. Aufl. Futuramed, München 2003, ISBN 3-923599-90-0
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Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin (Hrsg.): 100 Jahre deutsche Pneumologie. Springer, Berlin/Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-11453-3
Christine Wolters: Tuberkulose und Menschenversuche im Nationalsozialismus. Das Netzwerk hinter den Tbc-Experimenten im Konzentrationslager Sachsenhausen. Steiner, Stuttgart 2011, ISBN 978-3-515-09399-6

Reviews in Zeitschriften

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B. Hauer, D. Rohde, R. Loddenkemper: Tuberkulose. In: Der Pneumologe . Nr. 4, Heidelberg 2005, S. 291–306, ISSN 1613-5636
Peter-Philipp Schmitt: Erreger hinter Stacheldraht. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung. 2007, 86 (13. April), S. 9, ISSN 0174-4909
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Einzelnachweise

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Streptokokken

Streptokokken (eingedeutschter Plural aus dem latinisierten Singular Streptococcus, der sich aus den beiden altgriechischen Bestandteilen στρεπτός streptós ‚gewunden‘, ‚geflochten‘ und κόκκος kókkos ‚Kern‘, ‚Korn‘ zusammensetzt)[1] sind Bakterien der Gattung Streptococcus, kokkal (annähernd kugelförmig), bevorzugt in Ketten angeordnet, grampositiv und aerotolerant.

Eigenschaften

Kugelförmige bis ellipsoide Zellen, Durchmesser 0,5 – 2,0 µm, paarweise oder in verschieden langen Ketten angeordnet, grampositiv, nicht motil (ohne aktive Bewegung), keine Sporen bildend, einige Arten bilden Schleimhüllen. Sie sind fakultativ anaerob, aerotolerant, chemoorganotroph, fermentativ, hauptsächlich Kohlenhydrate verwertend und dabei hauptsächlich Milchsäure homofermentativ bildend, Katalase-negativ und Oxidase-negativ, nicht proteolytisch, Temperaturbereich des Wachstums und der Vermehrung >10 - <45 °C, Optimum nahe 37 °C.[2]

Vorkommen

Streptokokken gehören der normalen Bakteriengesellschaft an, die in und an Menschen und Säugetieren siedelt, können aber auch schwere Erkrankungen verursachen.

Einteilung, medizinische Bedeutung

Die Einteilung der Streptokokken erfolgt im Allgemeinen nach der Lancefield-Klassifikation. Manche Streptokokkenarten kommen in vielen Formen mit verschiedenen Antigentypen vor. So sind von Streptococcus pneumoniae 84 verschiedene Stämme bekannt, die sich in der Struktur ihrer Polysaccharidhülle unterscheiden. Jeder dieser Stämme stellt einen unterschiedlichen Serotyp dar. Die Polysaccharidhülle von S. salivarius zum Beispiel besteht aus einem Polymer der Fruktose, der Laevankapsel.

Als vergrünende Streptokokken werden Streptokokken bezeichnet, die im Blutagar eine so genannte α-Hämolyse („Vergrünung“) aufzeigen, das bedeutet, sie greifen die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) unter Abbau des Hämoglobins an, wobei grünliche Produkte entstehen. Sie gehören zur normalen Mikroorganismenbesiedelung der Mundhöhle. Viele von ihnen können bei Übertritt ins Blut zu einer Herzinnenhautentzündung (Endokarditis) führen. Zu ihnen gehört auch die Art Streptococcus mutans, welche bei der Kariesentstehung eine bedeutende Rolle spielt, indem sie einerseits festhaftende Exopolysaccharide und andererseits aus Kohlenhydraten Milchsäure bildet, die die Zahnsubstanz angreift. Streptokokken rufen auch HNO-Erkrankungen (Hals-Nasen-Ohren-Erkrankungen) hervor.

Beta-hämolysierende Streptokokken der Serogruppe B können für Neugeborene ein Risiko während der Geburt darstellen.[3] Diese Bakterien können bei vaginaler Entbindung von der Mutter übertragen werden. Besonders bei Frühgeborenen können diese Bakterien zu Sepsis, Meningitis (Hirnhautentzündung) und Pneumonie führen. Diese Bakterien werden durch einen Abstrich im Vaginal- bzw. Dammbereich nachgewiesen. Eine Behandlung erfolgt für den Zeitraum der Entbindung (ab Blasensprung oder beim Einsetzen der ersten Wehen) durch Verabreichen von Antibiotika an die Gebärende.

Streptokokken der Serogruppe D werden meist als eigene Entität behandelt (siehe Enterokokken).[4]

Arten

S. agalactiae Lehmann & Neumann 1896
S. anginosus (Andrewes & Horder 1906)
Smith & Sherman 1938
S. avium
S. bovis Orla-Jensen 1919
S. canis Devriese et al. 1986
S. difficilis corrig. Eldar et al. 1995
S. durans (ex Sherman & Wing 1937) Knight et al. 1984
S. dysgalactiae (ex Diernhofer 1932) Garvie et al. 1983
S. equi Sand & Jensen 1888
S. gallolyticus Osawa et al. 1996
S. iniae Pier & Madin 1976
S. mitis Andrewes & Horder 1906
S. mutans Clarke 1924
S. pasteurianus Poyart et al. 2002
S. pneumoniae (Klein 1884) Chester 1901
S. porcinus Collins et al. 1985
S. pyogenes Rosenbach 1884
S. salivarius Andrewes & Horder 1906
S. sanguinis corrig. White and Niven 1946
S. suis (ex Elliot 1966) Kilpper-Bälz & Schleifer 1987
S. uberis Diernhofer 1932
S. viridans (Sammelbegriff)

Nutzen

Aus den Streptokokken wird Streptokinase gewonnen, welche bei der Fibrinolyse als Fibronolyseaktivator eingesetzt wird. Siehe auch BLIS als Prophylaxe gegen Parodontose und zum Aufbau der Darmflora nach Antibiotika- oder Pilzbehandlung.[5]

Quellen

↑ Wilhelm Gemoll: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.
↑ John G. Holt, Noel R. Krieg, Peter H. A. Sneath, James T. Staley, Stanley T. Williams (Hrsg.): Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. 9. Auflage. Williams & Wilkins, Baltimore u. a. O. 1994, ISBN 0-683-00603-7, S. 532-533, 535-536, 552-558.
↑ Labor28: Empfehlungen zur Vorsorge vor und während der Geburt
↑ H. Hof: Medizinische Mikrobiologie, 3. Auflage, Thieme 2005
↑ LCL biokey: Literaturservice , im Abschnitt: IV. Literatur zu BLIS K12: Wirkung und Sicherheit 4 PDF-Dateien

Endokarditis

Die Endokarditis ist eine Entzündung der Herzinnenhaut (Endokard), die die Herzhöhlen und den herznahen Anteil der Arterien und Venen auskleidet und auch die Struktur der Herzklappensegel bildet. Grundsätzlich kann jeder Mensch an einer Endokarditis erkranken, und unbehandelt ist der Krankheitsverlauf meist tödlich. In Westeuropa ist die Endokarditis bei herzgesunden Menschen selten geworden und seit der Einführung von Antibiotika auch behandelbar. Eine erhöhte Gefahr, an einer Endokarditis zu erkranken, besteht jedoch bei Menschen mit angeborenen oder erworbenen Herzfehlern (insbesondere nach Herzklappenersatz).

Morphologische Einteilung

verruköse Endokarditis
ulceröse Endokarditis
Endocarditis polyposa/ulceropolyposa
Endocarditis fibroplastica

Klinische Einteilung

Abakterielle Endokarditis

Endocarditis verrucosa rheumatica (Komplikation des rheumatischen Fiebers)
Endocarditis thrombotica: Begleiterkrankung bei Tumorerkrankungen oder auch bei Marasmus (dann Endocarditis marantica genannt)
Endocarditis thrombotica Libman-Sacks (Komplikation des Systemischen Lupus Erythematodes)
Endocarditis bei Karzinoid
Endocarditis parietalis fibroplastica Löffler

Bakterielle Endokarditis

hochakut verlaufende bakterielle Endokarditis (Erreger: Staphylococcus aureus, Streptococcus, Enterococcus)
subakut verlaufende bakterielle Endokarditis = Endokarditis lenta (Erreger: meist Streptococcus viridans (S. sanguis, S. bovis, S. mutans, S. mitis))

Die Endokarditis bei angeborenen Herzfehlern

Bei allen Herzfehlern, bei denen der Blutstrom im Herzen nicht „normal“ ist, kann es durch Verwirbelungen des Blutstromes an immer wieder den gleichen Stellen zu kleinsten Verletzungen der Herzinnenhaut kommen. Diese Stellen sind dann anfällig für eine Entzündung, wenn (meistens) Bakterien ins Blut kommen und von dort aus eine Infektion beginnt, die auf weitere Anteile der Herzinnenhaut und eine oder mehrere Herzklappen übergreift.

Auslösende Keime

Die häufigsten auslösenden Keime einer Endokarditis sind Bakterien (Streptokokken, Staphylokokken, Enterokokken, Bakterien der sog. HACEK-Gruppe u.a.), gelegentlich Pilze. Hinweise auf die Möglichkeit einer viralen Endokarditis gibt es außerhalb weniger tierexperimenteller Studien nicht.[1]

Infektionsmöglichkeiten

Durch Wunden (darunter auch invasive ärztliche Maßnahmen), Verletzungen innerhalb der Mundhöhle, fieberhafte Erkrankungen (z. B. Bronchitis, Lungenentzündung, Mandelentzündung und Harnwegsinfekte) können Bakterien ins Blut gelangen und die Basis für eine Endokarditis bilden, die bei herzgesunden Menschen durch das lymphoretikuläre System (Leber, Milz, Lymphknoten, Fresszellen) rechtzeitig verhindert wird.

Häufig treten auch Endokarditiden bei i.v.-Drogenabhängigen auf, bei denen dann meist eine hochakute bakterielle Endokarditis zu finden ist.

Prophylaxe

Bei planbaren Eingriffen (Zahnarzt, Endoskopie, Operation s. o.) ist bei Patienten mit erhöhtem Endokarditisrisiko an eine Prophylaxe zu denken, die beispielsweise aus der Gabe eines Antibiotikums ca. eine Stunde vor der Behandlung und ggf. einer zweiten Gabe einige Stunden danach besteht. Eine gute Mundhygiene ist grundsätzlich vorteilhaft; sie reduziert die Keimzahl ständig und nicht nur bei Zahnarztbesuchen.

Neue Richtlinien zur Prophylaxe einer bakteriellen Endokarditis einschließlich einer umfassenden Diskussion über deren Entstehungsmöglichkeiten wurden 2007 von der American Heart Association (AHA) veröffentlicht.[2] Die AHA bewertete das Risiko einer Endokarditisinfektion deutlich zurückhaltender als bisher und hielt die bisher geübte Prophylaxe in einem Großteil der Fälle für verzichtbar. Auch die Europäische Gesellschaft für Kardiologie beschränkte in ihren Leitlinien 2009 die prophylaktische Gabe von Antibiotika auf Hochrisikopatienten.[3]

Behandlung von fieberhaften Erkrankungen

Bei allen Erkrankungen, die durch eine bakterielle Infektion (s. o.) ausgelöst wurden, ist eine Behandlung mit einem Antibiotikum über ausreichend lange Zeit erforderlich, um die Entstehung einer Endokarditis zusätzlich oder als Folge der Grunderkrankung zu verhindern. Auch bei einem primär viralen Infekt (gegen die ein Antibiotikum nicht wirkt) kann eine Antibiotikagabe zur Vermeidung einer bakteriellen Superinfektion sinnvoll sein.

Endokarditis-Risiko

Das Risiko für eine infektiöse Endokarditis wird wie folgt angegeben:

Hohes Risiko

Künstliche Herzklappen
Implantation von künstlichen Gefäßverbindungen (auch Transplantate aus menschlichem Gewebe)
Aorto-pulmonale Shunts
Bereits durchgemachte Endokarditis
zyanotische Herzfehler

Mittleres Risiko

Alle angeborenen Herzfehler mit Fehlbildungen großer Gefäße (außer s. u.)
„Mitralklappenprolaps“ mit Undichtigkeit der Klappe
Operationen unter Verwendung von Fremdmaterial
Hypertrophe obstruktive Kardiomyopathien

Geringes Risiko

ASD II (Vorhofseptumdefekt vom Sekundumtyp)
Herzschrittmacherträger
Operationen ohne Verwendung von Fremdmaterial (Nahtverschluss eines ASD, VSD oder Unterbindung eines PDA sechs bis zwölf Monate nach der Operation)
Mitralklappenprolaps ohne Mitralklappeninsuffizienz (Undichtigkeit der Klappe)

Patienten mit mittlerem und hohem Endokarditisrisiko haben in aller Regel von ihrem Kardiologen einen Endokarditispass bekommen, den sie z.B. bei Zahnarztbehandlungen vorlegen.

Diagnose

Klinische Zeichen:

intermittierendes Fieber in 90 % der Fälle
Allgemeine Symptome: Schwäche, Appetitlosigkeit, Gewichtsverlust, Arthralgien
Kardiale Symptome: Herzgeräusche (neu oder geändert im Klang), Herzinsuffizienzzeichen (Wassereinlagerungen, Lebervergrößerung), EKG: Unspezifisch, Blockbilder: AV-Block, Linksschenkelblock (bei Myokardabszess), T-Negativierung
Kutane Symptome: Petechien (in 30 % der Fälle), Osler Knötchen = linsengroße schmerzhafte rötliche Knötchen, besonders an Finger und/oder Zehen (= immunkomplexbedingte Vaskulitis), Janeway-Läsion: Hämorrhagische Läsion im Bereich der Handfläche/Fußsohle (nicht schmerzhaft)
Milzvergrößerung (CAVE: septische Milzruptur!)
Nierenbeteiligung: Hämaturie, Proteinurie, fast regelmäßig glomeruläre Herdnephritis (Löhlein), Mikrohämaturie (= Spuren von Blut im Urin)
Augen: Roth’s Spots = Roth-Flecken: Retinablutung

Labor:

Entzündungszeichen BSG und CRP erhöht
Anämie (Blutarmut) in 80 % der Fälle
Nachweis von Bakterien in Blutkulturen

Sonografie:

Evtl. sind Vegetationen (= „Wucherungen und Auflagerungen“, die der Körper an der entzündeten Stelle im Herzen als „Reparaturvorgang“ bildet) sichtbar.

Komplikationen

Zerstörung von Herzklappen
Vegetationen (s. o.) werden durch das pumpende Herz losgerissen und verstopfen bei ihrem Fluss durch den Blutkreislauf Blutgefäße in den Organen. Die gefürchteten Komplikationen daraus können sein: ein Gehirnschlag, eine Nierenembolie oder eine Lungenembolie, wobei vor allem der Gehirnschlag gefürchtet ist, da bei ihm ein großes Risiko von Entzündungen des Gehirns oder der Hirnhäute besteht.[4]
Verschleppung von Keimen in andere Organe, wo sich dann Abszesse bilden können

Im Zuge der Blutvergiftung (Sepsis) und dem septischen bzw. toxischen Schock bei giftbildenden Bakterien kann es zu einem akuten Organausfall kommen (Nierenversagen, sog. Schockniere und/oder Lungenversagen, sog. Schocklunge).

Diagnostik und Therapie

Einen zentralen Stellenwert in der Diagnostik der Endokarditis nehmen die Duke-Kriterien ein. Für die Diagnostik einer Endokarditis stehen die Echokardiografie, Blutkultur und die klinische Untersuchung zur Verfügung, zum Teil mit weiteren bildgebenden Methoden. Der Nachweis von Herzklappenveränderungen oder neu aufgetretenen Vegetationen im Herzen oder der Nachweis von Keimen in der Blutkultur sind sichere Zeichen. Beide Nachweise sind aber manchmal schwer zu erbringen, weil sich trotz vorliegender Endokarditis noch keine Klappenveränderungen/Vegetationen gebildet haben oder der Nachweis von Keimen in der Blutkultur nicht gelingt, weil der Patient vorher schon Antibiotika bekommen hat. Gelingt der Nachweis von Bakterien in der Blutkultur nicht (5 bis 10 % der Fälle), dann muss beim Vorliegen der klinischen Zeichen „blind“ behandelt werden. Man führt klinisch unter anfänglich strenger Bettruhe eine breit wirksame intravenöse antibiotische Therapie über eine Zeit von vier bis sechs Wochen durch. Danach folgt eine ein- bis zweiwöchige kritische Beobachtung. Trotzdem bleibt eine einmal durchgemachte Endokarditis ein erhöhtes Risiko für eine weitere Erkrankung. Deshalb sollte die Prophylaxe (s. o.) sehr ernst genommen werden.

Einzelnachweise

↑ W. Hort (Hrsg), Pathologie des Endokard, der Kranzarterien und des Myokard, Springer 2000
↑ Prevention of Infective Endocarditis. Guidelines From the American Heart Association, 2007
↑ [1] Endokarditisprophylaxe nach den neuen Guidelines der Europäischen Kardiologischen Gesellschaft, Journal für Kardiologie 2011, abgerufen 19.Juni 2011
↑ D. Kühn, J. Luxem, K. Runggaldier: Rettungsdienst (3. Auflage). Urban & Fischer Verlag, München 2004, ISBN 3-437-46191-5.

Brucellose

Die Brucellose ist eine Infektionskrankheit, die durch die gram-negativen, aeroben Stäbchenbakterien der Gattung Brucella verursacht werden. Die Brucellose tritt sowohl bei Tieren als auch bei Menschen auf.

Je nach verursachender Brucellenspezies wird sie als

Mittelmeerfieber, Maltafieber, Undulierendes Fieber (verursacht durch Brucella melitensis)
Morbus Bang (Bang-Krankheit) nach Bernhard Laurits Frederik Bang oder auch Abortus Bang (verursacht durch Brucella abortus) bezeichnet.

Klinik

Akute Verläufe

Bis zu 90 % der Infektionen verlaufen subklinisch. Die Infektion lässt sich nur durch brucellenspezifische Antikörper nachweisen. Bei klinisch apparenten Verläufen der Brucellose beträgt die Inkubationszeit 14 bis 21 Tage, in manchen Fällen bis zu vier Monaten.

Krankheitssymptome sind Fieber, Nachtschweiß, Kopfschmerzen, Übelkeit. Das Fieber hält eine bis drei Wochen an, ist aber von fieberfreien Intervallen unterbrochen. Dies hat zur Bezeichnung Febris undulans („wellenförmiges Fieber“) geführt. Krankheitszeichen wie Lymphknoten-, Leber- oder Milzschwellungen (Hepatosplenomegalie), kommen in unterschiedlichen Ausprägungen vor. Es kann auch zu psychischen Veränderungen im Sinne einer Depression kommen.

Etwa 95 % der akuten Krankheitsverläufe heilen ab, lediglich 5 % der Patienten erleiden einen Rückfall. Diese Rückfälle können bis zu zwei Jahre nach der Ersterkrankung auftreten.

Oft sind die Symptome der chronischen Brucellose ebenfalls unspezifisch (Affektlabilität, Depression, Schlaflosigkeit). Es besteht jedoch auch die Möglichkeit einer Organmanifestation: Hierbei bilden sich Granulome in Leber, Milz, Knochenmark (Osteomyelitis), Hirnhaut und Hirngewebe (Meningoenzephalitis, in etwa 5 % der Fälle), Herz (Endokarditis) oder Lunge (Pneumonie) sowie im Hoden im Sinne einer Orchitis. Die Leber ist fast immer betroffen, eine Leberzirrhose resultiert aus der Infektion allerdings selten.

Übertragung

Brucella ist in unpasteurisierter Milch und daraus hergestelltem Käse über mehrere Wochen überlebensfähig, aus dieser Überlebensfähigkeit ergibt sich der Hauptinfektionsweg. Für Landwirte und Tierärzte können infizierte Tiere (Kot, Urin) Ansteckungsquelle sein. Bei Erkennung einer Infektion besteht umgehend Anzeigepflicht nach dem IfSG.

Eine Mensch-zu-Mensch-Übertragung findet in der Regel nicht statt.

Labordiagnose

Der Nachweis geschieht über spezifische Antikörper, sowie durch Erreger-Anzucht. Je nach Lokalisation des Infektionsprozesses werden dazu Blut, Liquor, Knochenmark, Urin oder Gewebeproben entnommen.

Therapie

Goldstandard bildet die antibiotische Therapie mit Doxycyclin für 6 Wochen und Streptomycin für 2–3 Wochen. Eine Alternative ist die Kombination von Doxycyclin mit Rifampicin. Bei Schwangeren und Kindern kann eine Behandlung mit Cotrimoxazol und Rifampicin durchgeführt werden. Jedoch ist auch nach durchgeführter antibiotischer Therapie noch ein Rezidiv oder eine Organmanifestation möglich.

Impfung

Es gibt zwei Lebendimpfstoffe für die Verwendung in der Veterinärmedizin - da Deutschland aber als brucellosefrei gilt, werden sie dort nicht angewendet. Dies erklärt sich daraus, dass eine Impfung durch das Auslösen einer Immunreaktion das betreffende Individuum serologisch nicht mehr von einem bereits infizierten oder vormals infizierten Patienten unterscheidet.

Brucellen

Die Erreger der Brucellose sind Bakterien der Gattung Brucella. Brucellen sind gram-negative, sehr kleine, kokkoide, pleomorphe Aerobier.

Klassifikation

Von allen vorkommenden Arten der Brucellen sind vier von humanpathogener Bedeutung. Sie sind weltweit vorkommend.

Brucella abortus verursacht die Rinderbrucellose, auch Morbus Bang genannt
Brucella canis verursacht die Hundebrucellose
Brucella melitensis verursacht die Schaf- und Ziegenbrucellose und beim Menschen das Maltafieber (auch Mittelmeerfieber)
Brucella suis verursacht die Schweinebrucellose und die Hasenbrucellose

Nicht humanpathogene Arten:

Brucella ovis verursacht Nebenhodenentzündungen bei Schafböcken

Arten unbekannter Pathogenität:

Brucella cetaceae wurde bei Walen nachgewiesen
Brucella neotomae wurde bei einer Rattenart im Westen der USA nachgewiesen
Brucella pinnipediae wurde bei Robben nachgewiesen

Bedeutung und Pathogenese

Die Brucellose gehört zu den Anthropozoonosen. Überträger auf den Menschen sind infizierte Tiere, die mit dem Menschen in nahen Kontakt kommen (Rinder, Ziegen, Schafe, Schweine, Pferde und Hunde). Beim Eintritt des Erregers über die Schleimhäute (z. B. oberer Verdauungstrakt oder Respirationstrakt) kommt es zu einer uncharakterisierten und unspezifischen Entzündungsreaktion. Nach der Phagozytose des Erregers durch Granulozyten, in denen sie überleben können, werden sie durch die Granulozyten in die lokalen Lymphknoten transportiert. Von dort kann sich Brucella über das Blut (hämatogen) weiter verbreiten und im Organismus streuen. In befallenem Gewebe versucht der infizierte Organismus durch die Bildung von typischen, nichtverkäsenden Granulomen die Erreger zu isolieren und die weitere Infektion zu begrenzen.

Geschichtliches

Aus der Milz eines an undulierendem Fieber verstorbenen Soldaten konnte der Militärarzt David Bruce den Erreger 1887 isolieren. Er wurde nach ihm als Entdecker benannt.

Tularämie

Tularämie ist eine häufig tödlich verlaufende ansteckende Erkrankung bei frei lebenden Nagetieren, die durch das Bakterium Francisella tularensis ausgelöst wird. Die Erkrankung kann auf den Menschen übertragen werden.

Da das Beschwerdebild dem der Pest ähnelt und die Erkrankung sehr häufig Hasen und Wildkaninchen befällt, wird sie häufig auch als Hasenpest bezeichnet. Andere Namen sind Nagerpest, Lemmingfieber, Parinaudkrankheit und Hirschfliegenfieber.

Geschichte

Erstmals wurde die Erkrankung 1911 durch den Mediziner George W. McCoy beschrieben. 1912 gelang Charles W. Chapin die Isolierung des Erregers aus einer Eichhörnchenart in Kalifornien. Zwischen 1919 und 1928 beschäftigte sich Edward Francis sehr ausführlich mit der Erkrankung und benannte sie nach dem Ort Tulare in Kalifornien/USA. Der wissenschaftliche Name des Erregers wurde ebenfalls nach ihm benannt. In Europa wurde die Tularämie zum ersten Mal 1931 dokumentiert, und zwar an der Ostseeküste Mittelschwedens. Zwischen 1936 und 1950 gelang den sowjetischen Wissenschaftlern H. A. Gaiski, B. Y. Elbert, Somov und Chatenever die Entwicklung eines Impfstoffes gegen die Tularämie.

Während des Zweiten Weltkrieges wurden an der osteuropäischen Front Epidemien mit mehr als Hunderttausend Infektionen gemeldet. Der ehemalige sowjetische Biowaffenforscher Ken Alibek von der sowjetischen Behörde Biopreparat vermutet, dass die Epidemien die Folge eines Einsatzes von Francisella tularensis als biologische Waffe waren.[1]

In den 1950er und 1960er Jahren entwickelte das US-Militär Waffensysteme, die das Bakterium als Aerosol verteilen sollten. 1969 schätzte ein Expertengremium der Weltgesundheitsorganisation, dass eine derartige Verteilung von 50 Kilogramm F. tularensis über einer Stadt mit 5 Millionen Einwohnern in 250.000 Kampfunfähigen und 19.000 Toten resultieren würde.[1] 1997 schätzten Wissenschaftler der amerikanischen CDC die Folgekosten eines solchen, terroristischen Angriffs auf 5,4 Milliarden US-Dollar pro 100.000 dem Agens ausgesetzten Personen.[2]

Der größte dokumentierte Tularämie-Ausbruch fand 1966–1967 in einem Farmgebiet Schwedens statt und betraf etwa 600 Patienten. Diese hatten sich überwiegend beim Umschichten infizierten Heus durch Inhalation mit dem milderen Typ B infiziert und sprachen gut auf Tetrazyklin an, sodass keine Todesfälle verzeichnet wurden.[1]

Erreger

Der Erreger der Tularämie ist das hochansteckende Bakterium Francisella tularensis (früher auch: Pasteurella tularensis). Es handelt sich um ein sehr kleines, gramnegatives, kokkoides, sporenloses, schwer anzüchtbares Stäbchen, das den γ-Proteobakterien zugeordnet wird. Francisella ist die einzige Gattung in der Familie der Francisellaceae, Ordnung Thiotrichales.Francisella umfasst insgesamt 4 Spezies (F.tularensis, F.philomiragia, F.novicida und F.noatunensis). Das Bakterium wird durch Wärme und die herkömmlichen Desinfektionsmittel zerstört, ist aber gegenüber Kälte resistent. Bereits 10 bis 50 Bakterien als Aerosol können einen Menschen infizieren. Der Erreger kann in gefrorenem Hasenfleisch bis zu 3 Jahre und in Boden und Wasser über mehrere Wochen überdauern.

Es sind zwei Varianten bekannt:

Francisella tularensis biovar tularensis (Typ A) in Nordamerika, der für gefährlichere Verläufe verantwortlich ist.
Francisella tularensis biovar palaearctica (Typ B) mit weltweiter Verbreitung.

Als Reservoirwirte dienen vor allem Tiere wie Hasen, Biber und Schildzecken.

Verbreitung

Nordamerika zwischen 30°N und 71°N: USA (vor allem Arkansas, Missouri, Oklahoma, Tennessee, Kansas und Utah, andere Bundesstaaten außer Hawaii), Kanada und Mexiko – 1.500 Infektionen pro Jahr
Ostasien mit Japan (1.400 Infektionen in 70 Jahren) und Westrussland
Europa: insbesondere Skandinavien (20–50 pro Jahr), Tschechien (10), Slowakei (10), Spanien (55 Fälle seit 1997), Serbien (weitgehend in Kosovo und Metochien, 2001 bis März 2002 700 Fälle), Deutschland (jährlich zwischen 3 und 15 Fällen).

Im Oktober 2005 infizierten sich bei einer Treibjagd auf Hasen im Landkreis Darmstadt-Dieburg neun Jäger und Treiber mit Tularämie. Fast alle waren am Ausnehmen oder Abbalgen beteiligt, sie hatten keine Krankheitszeichen an den Tieren festgestellt. Bei einem weiteren Jäger, der etwa vier Wochen später verstarb, wurde die Krankheit als Todesursache angenommen, da er typische Symptome gezeigt hatte.

Kurz nach dem Zweiten Weltkrieg war die Krankheit in Deutschland wesentlich häufiger, vermutlich aufgrund der damals höheren Hasen- und Kaninchenpopulation und der stärkeren Nutzung dieser Tiere für die menschliche Ernährung. Rund 100 bis 200 Fälle wurden in dieser Zeit pro Jahr registriert.

Infektionsweg

Als Vektoren für den Erreger sind blutsaugende Ektoparasiten festgestellt, also auf der Körperoberfläche lebende Parasiten, wie z. B. Mücken, Flöhe, Läuse, Wanzen, Milben oder Zecken. Die Parasiten kommen auf wild lebenden Hasenartigen (wie Hasen und Wildkaninchen) und auf Nagetieren (Ratten, Mäuse, Eichhörnchen) vor, seltener auf Wildgeflügel, Fuchs, oder Nutz- und Haustieren (Schafe, Schweine, Rinder, Hunde, Katzen, Hamster).

Übertragung:

über direkten und indirekten Kontakt mit infektiösen Nagetieren (auch: Jagen, Enthäuten oder Schlachten)
indirekt über die genannten blutsaugenden Ektoparasiten als Vektoren
über Schlamm oder verunreinigtes Wasser
durch das Einatmen erregerhaltigen Staubes (verunreinigtes Heu, Silofutter, Erde, Staub), wobei nur wenige Bakterien bereits zu einer Erkrankung führen
durch Verzehr von ungenügend erhitztem erregerhaltigem Fleisch.

Übertragungen von Mensch zu Mensch sind nicht bekannt geworden (sogenannte Anthropozoonose).

Inkubationszeit

Die Inkubationszeit der Tularämie bei Tieren beträgt zwei bis drei Tage. Beim Menschen liegt sie bei zwei bis zehn Tagen, kann aber auch bis zu 30 Tagen betragen.

Krankheitsverlauf und Symptome

Die Tularämie verläuft bei Tieren und beim Menschen unterschiedlich.

Tularämie bei Tieren

Nach Übertragung der Erreger durch Parasiten auf die Nagetiere kommt es nach zwei bis drei Tagen zu einer Septikämie, also einer Aussaat der Erreger mit dem Blut. Die Tiere fallen durch Schwäche, Fieber, eine gesteigerte Atmungsfrequenz und fehlendes Fluchtverhalten auf. Lymphknoten und Milz sind vergrößert. Innerhalb von vier bis dreizehn Tagen sind die meisten Tiere verendet. Chronisch verlaufende Infektionen enden nach 14 bis 60 Tagen tödlich.

Tularämie beim Menschen

Die Tularämie kann von Tieren auf den Menschen übertragen werden. Sie ist nach § 7 Infektionsschutzgesetz in Deutschland eine bei indirektem oder

direktem Nachweis des Erregers meldepflichtige Zoonose. Der Verlauf der Erkrankung beim Menschen ist schwer und häufig lebensbedrohlich (die Letalität wird ohne Behandlung mit etwa 33% angegeben), weswegen eine rechtzeitige Diagnosestellung von größter Bedeutung ist. In Mitteleuropa ist die Erkrankung sehr selten. In Deutschland wurden in den Jahren 2008 und 2009 insgesamt 15 bzw. 10 Fälle gemeldet[3] was einer Inzidenz von etwa 0,01 auf 100.000 entspricht. Aufgrund der Seltenheit der Erkrankung gibt die genaue Anamneseerhebung (Tierkontakt) meist den entscheidenden Hinweis für die Verdachtsdiagnose.

Die Inkubationszeit beträgt beim Menschen zwischen 1-10 Tagen. Die Infektion kann über Kontakt mit infizierten Tieren[4] oder auch über Insektenstiche (Mücken, Zecken) erfolgen. Je nach Eintrittspforte des Erregers (Hautwunde, über den Mund, Einatmen als Aerosol) kommt es zu unterschiedlichen Krankheitsmanifestationen, wie im folgenden aufgeführt.

Äußere (lokalisierte) Formen

ulzeroglanduläre (kutanoglanduläre) Tularämie - Häufigste Form der Tularämie (75–85 %), die mit plötzlichem Fieberanstieg beginnt. Es bilden sich Geschwüre an der Eintrittsstelle mit regionaler, oft eitriger Entzündung der Lymphknoten.
okuloglanduläre Tularämie (Parinaudkonjunktivitis) - Die Eintrittspforte an der Bindehaut des Auges ist durch ein gelbliches Knötchen erkennbar, die Lymphknoten vor dem Ohr und im Hals sind geschwollen. Zusätzlich kommt es zu einer sehr schmerzhaften Konjunktivitis.
glanduläre Tularämie - Es ist keine Eintrittspforte erkennbar und die Bildung von Geschwüren fehlt.
glandulo-pharyngeale Tularämie - Diese Form ist vor allem bei Kindern zu erkennen. Es sind Geschwüre in der Mundhöhle und im Rachen zu erkennen, die Lymphknoten im Kiefernwinkel sind geschwollen.[5]

Innere (invasive) Formen

Die innere Form der Tularämie entsteht, wenn die Erreger eingeatmet werden oder auf dem Blutweg innere Organe erreichen. Es handelt sich dann um eine hochfieberhafte, gefährliche Erkrankung mit einer deutlich höheren Letalität als bei den äußeren Formen.

typhöse (generalisierte oder septische) Tularämie - Diese Form entsteht vor allem bei Laborinfektionen oder nach dem Kontakt mit infizierten Schlachtblut: sehr oft sind die Lungen befallen, die Patienten haben immer Fieber, Kopfschmerzen und Schweißausbrüche; Komplikationen sind Lungenabszesse, Mediastinitis, Meningitis, Perikarditis, Osteomyelitis, Rhabdomyolyse.
intestinale Tularämie - Übertragung wahrscheinlich durch den Verzehr ungenügend erhitzten Fleisches infizierter Tiere. Symptome sind Pharyngitis, Übelkeit, Erbrechen, Durchfälle und abdominelle Schmerzen.
thorakale (pulmonale) Tularämie - Am zweithäufigsten. Betrifft bevorzugt die Lunge und äußert sich dann als Pneumonie, also Lungenentzündung. Die Patienten leiden unter Husten, Auswurf, Luftnot und Schmerzen im Brustkorb.
abdominelle Tularämie - Typhusähnliches Krankheitsbild, bei dem Leber und Milz geschwollen sind, die Patienten klagen über Bauchschmerzen und Durchfall.

Diagnose

Die Diagnose der Erkrankung wird im Tierversuch gestellt. Dazu wird erregerhaltiges Material auf Meerschweinchen, Ratten oder Mäuse übertragen. Indirekter Erregernachweis serologisch mit Agglutinationstest gegen Ende der 2. Woche. Der serologische Erregernachweis ist schwierig, da Kreuzreaktionen, z. B. mit dem Erreger von Typhus, möglich sind.

Therapie

Die Behandlung besteht in der Gabe von Antibiotika. Am wirksamsten ist Streptomycin. Alternativ kann Doxycyclin oder Gentamicin eingesetzt werden. Die Erreger sind aber auch empfindlich gegenüber Tetrazyklinen, Makroliden wie Erythromycin oder Azithromycin und Chloramphenicol. Gegenüber Penicillin und Sulfonamiden besteht jedoch eine Resistenz.

Prognose

Bei der inneren Form der Tularämie des Menschen handelt sich um eine schwere, lebensbedrohliche Erkrankung, die behandelt in ca. 5 % der Fälle tödlich verläuft. Ohne antibiotische Behandlung kann die Sterblichkeit über 30 % betragen.

Mit einer Letalität von 10 bis 35% ist die Virulenz amerikanischer Tularämieformen höher als die europäischer Stämme.

Prophylaxe

Es existiert ein attenuierter Lebendimpfstoff (USA, GUS), er ist in Deutschland aber derzeit nicht verfügbar.

Eine medikamentöse Prophylaxe nach wahrscheinlicher Exposition (z. B. im Labor): Doxycyclin oder Ciprofloxacin für 14 Tage sollte rasch (möglichst innerhalb von 24 Stunden nach Exposition) begonnen werden. Falls eine mögliche Exposition erst nach Auftreten von Krankheitsfällen in Betracht gezogen wird, sollten alle mutmaßlich Exponierten ein Fieber-Monitoring für 21 Tage (nach der vermuteten Exposition) durchführen. Diejenigen, die in diesem Zeitraum eine grippeähnliche Erkrankung oder Fieber entwickeln, sollten therapiert werden, wie oben beschrieben. Das Überstehen der Erkrankung hinterlässt eine langjährige Immunität.

Literatur

H. Krauss, A. Weber, M. Appel, B. Enders, A. v. Graevenitz, H. D. Isenberg, H. G. Schiefer, W. Slenczka, H. Zahner: Zoonosen. Von Tier zu Mensch übertragbare Infektionskrankheiten. 3. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, 605 Seiten. Deutscher Ärzte-Verlag, Köln, 2004. ISBN 3-7691-0406-4
H. Krauss, A. Weber, M. Appel, B. Enders, A. v. Graevenitz, H. D. Isenberg, H. G. Schiefer, W. Slenczka, H. Zahner: Zoonoses. Infectious Diseases Transmissible from Animals to Humans. 3rd Edition, 456 pages. ASM Press. American Society for Microbiology, Washington DC., USA. 2003. ISBN 1-55581-236-8
H. Krauss, A. Weber, B. Enders, H. G. Schiefer, W. Slenczka,H. Zahner: Zoonosen [Arabisch]. 688 Seiten. ACATAP, Damaskus, Syrien. 2001.

Einzelnachweise

↑ a b c D.T. Dennis et al.: „Tularemia as a Biological Weapon“. In: Journal of the American Medical Association. 21, Nr. 285, 2001, S. 2763-2773. PMID 11386933 .
↑ AF Kaufmann, MI Meltzer, GP Schmid: „The Economic Impact of a Bioterrorist Attack: Are Prevention and Postattack Intervention Programs Justifiable?“. In: Emerging Infectious Diseases. 3, Nr. 2, 1997. URL .
↑ Epidemiologisches Bulletin (pdf) des Robert Koch-Instituts, 19. April 2010 / Nr. 15 mit Jahresstatistik meldepflichtiger Infektionskrankheiten 2008 und 2009
↑ Fallbericht über Tularämie nach Katzenbiß: Weinberg AN & Branda JA: A 29-Year-Old Woman with Fever after a Cat Bite , N Engl J Med 2010; 363:1560-1568, 14. Oktober 2010
↑ Fallbericht: E. Capka, M. Roch, M. Ritter and U. Stölzel: 23-jähriger Patient mit Halsschmerzen und progredienter Lymphknotenschwellung – Eine seltene Form der Hasenpest , Der Internist, Band 51, Nr. 6, 784-787, DOI: 10.1007/s00108-009-2547-z

Gentamicin - Gentamycin

(Weitergeleitet von Gentamycin)

Gentamicin ist ein Aminoglycosidantibiotikum, das als Arzneistoff in Form seines Sulfatsalzes bei bakteriellen Infektionen eingesetzt wird. Der Arzneistoff setzt sich aus mehreren Einzelverbindungen der Stoffgruppe der Gentamicine zusammen.

Geschichte

Die ersten Gentamicine wurde von Mitarbeitern von Schering in New Jersey im Jahr 1963 in den Produkten des Bakterienstamms Micromonospora purpurea entdeckt und deren antibakterielle Wirkung erkannt.[4]

Zusammensetzung

Das Gentamicin, wie es von dem Bakterium Micromonospora purpurea gebildet wird, ist ein Gemisch strukturell sehr ähnlicher Aminoglykosidverbindungen, den Gentamicinen. Der pharmazeutisch genutzte Wirkstoff enthält fast ausschließlich Gentamicine vom Typ C. Es handelt sich um ein Gemisch, das zu 20–40 % aus Gentamicin C1, zu 10–30 % aus Gentamicin C1a und zu 40–60 % aus Gentamicin C2, C2a und C2b besteht. Erste gentamicinsulfathaltige Arzneimittel kamen in Deutschland in den Jahren 1960–1970 unter dem Handelsnamen Refobacin® auf den Markt.

Pharmakologie

Gentamicin wird zur antimikrobiellen Therapie verschiedenster bakterieller Infektionen eingesetzt und ist gut wirksam. Jedoch wird es aufgrund seiner erheblichen Nebenwirkungen an Niere und Innenohr in der Humanmedizin nur noch als Notfallmedikament für schwere bakterielle Infekte, insbesondere für nosokomiale Infektionen, eingesetzt. Besonders häufig wird Gentamicin als Notfallantibiotikum in der Pädiatrie verwendet. Die WHO empfiehlt Gentamicin als Teil der Medikation gegen multipel resistente Tuberkulosebakterien.[5]

In der Veterinärmedizin wird es wegen der guten Wirksamkeit und des relativ niedrigen Preises ebenfalls häufig verwendet.

Die Nebenwirkungen wie Ohren- und Nierenschäden (Oto- und Nephrotoxizität) fallen bei topischer (lokaler) Anwendung nicht ins Gewicht, weswegen es hauptsächliche in Form von Augentropfen und Augen- und Hautsalben eingesetzt wird.

Anwendungsgebiete

Parenterale Behandlung

Gentamicin wird zur parenteralen Behandlung akut lebensbedrohlicher septischer Infektionen, insbesondere nosokomialer Infektionen, in Kombination mit β-Lactam-Antibiotika eingesetzt. Aminoglykoside sind nach wie vor unverzichtbare Antibiotika bei Endokarditis und schweren Infektionen durch Pseudomonas. Sie besitzen auch Bedeutung bei der Behandlung von Mykobakteriosen sowie bei schweren Infektionen durch Enterokokken, Listerien, Staphylokokken und Enterobakterien. Der Nutzen einer längeren Behandlungsdauer muss sehr streng gegen die Gefahr potentieller Toxizität abgewogen werden (das Risiko für toxische Wirkungen nimmt mit der Behandlungsdauer deutlich zu). Jedes Aminoglykosid, so auch Gentamicin, kann – in Abhängigkeit von Dosierung, Therapiedauer, Grundleiden des Patienten und Begleitmedikationen – zu nephro- und ototoxischen Nebenwirkungen führen. Die parenterale Gabe von Gentamicinsulfat kann als intramuskuläre oder langsame intravenöse Injektion oder als Kurzinfusion in ein bis drei Dosen pro Tag erfolgen. Kinder, Jugendliche und Erwachsene werden initial mit 3 bis 5 mg/kg Körpergewicht pro Tag behandelt. Die tägliche Einmalgabe der gesamten Tagesdosis in Form einer Infusion über 60 Minuten gilt heute als Standard. Die parenterale Therapie sollte 10–14 Tage nicht überschreiten.[6]

Topische Anwendung in der Ophthalmologie

Gentamicin wird zur Behandlung von Infektionen der vorderen Augenabschnitte eingesetzt.

Chirurgie / Orthopädie

Für die Behandlung postoperativer bzw. posttraumatischer Weichteil- und Knocheninfektionen stehen gentamicinsulfathaltige implantierbare Kugelketten und Knochenzement zur Verfügung. Wegen der hohen Hitzeresistenz und der geringen allergenen Potenz wird vor allem Gentamicin in Trägermaterialien eingebracht, z. B. in sogenannte Knochenzemente (Gentamicin-PMMA-Kugeln u.a.). In Problemsituationen der Knochenchirurgie haben sich diese Materialien bewährt. Weiterhin werden gentamicinhaltige Kollagenschwämme bei verschiedenen Eingriffen verwendet, die resorbierbar sind und neben dem antiobitischen Effekt auch eine blutstillende Wirkung besitzen.

Im Off-Label-Use wird Gentamicinsulfat zur Behandlung des Morbus Menière eingesetzt. Dabei wird die schädliche Wirkung des Gentamicins auf die Sinneszellen des Innenohrs (Ototoxizität) ausgenutzt, um die Sinneszellen zu zerstören und die durch die Erkrankung ausgelösten Schwindelanfälle zu mildern.

Wirkungsmechanismus

Das Aminoglykosid-Antibiotikum Gentamicin behindert das Ablesen der mRNA an den Ribosomen, durch Bindung an die 30S-Untereinheit. So wird die Proteinsynthese der Bakterien gebremst.

In hoher Konzentration beeinflusst der Stoff auch die Proteinsynthese menschlicher Zellen: dort, wo in der mRNA ein Stoppsignal für das Ende der Proteinsynthese codiert, wird dieses Signal überlesen. Die Proteinsynthese läuft solange weiter, bis das nächste Stoppsignal auftritt. Das Überlesen erfolgt nicht immer, aber in wenigen Prozent der Fälle.

Gentamicin ist bakterizid und teilweise nur schlecht gewebegängig.

Wirksamkeit

Gentamicin wirkt vor allem bei gramnegativen Erregern:

Haemophilus influenzae
Shigella sp.
Escherichia coli
Enterobacter
Klebsiella
Proteus
Pseudomonas aeruginosa
Citrobacter
Serratia
Yersinia enterocolitica

Bei grampositiven Erregern kaum:

Staphylococcus aureus (nur MRSA)
Staphylococcus epidermidis (nur 30–60 % empfindlich)

Es ist unwirksam

bei viralen Infektionen und
bei Pilzinfektionen sowie
bei Infektionen durch anaerobe Bakterien, da die Aufnahme von Aminoglykosiden in die Bakterienzelle sauerstoffabhängig ist.

In sauren und/oder anaeroben Milieu ist die Wirkung von Gentamicin reduziert.[7]

Unerwünschte Wirkungen

Die therapeutische Breite von Gentamicin ist gering. Steigen die Plasmakonzentrationen (durch Überdosierung oder bei Kumulation bei Nierenfunktionseinschränkung) über den kritischen Spiegel, so nimmt das Risiko für nephrotoxische Reaktionen und für irreversible Innenohrschäden (Ertaubung) des Patienten gefährlich zu. Ausschlaggebend für Risiko unerwünschter Nebenwirkungen sind die “Talspiegel” und vor allem die Dauer der Behandlung, da es zu einer kontinuierlichen Anreicherung in der Nierenrinde kommt. Gentamicin, wie alle Aminoglykoside, kann nicht durch passive Diffusion, sondern nur durch aktiven Transport in eine Zelle gelangen. Es handelt sich hierbei um einen Sättigungsprozess. Bei Überschreiten der Sättigungskonzentration wird das Antibiotikum nicht vermehrt aufgenommen. Dadurch erklärt sich, dass eine einmalige hohe Konzentration am Zielort der Toxizität geringere Wirkungen verursacht als ein langdauernder Kontakt mit niedrigen Konzentrationen. Da Gentamicin nur sehr langsam aus den Tubuluszellen eliminiert wird, besteht bei vorangegangener Aminoglykosid-Therapie (innerhalb von 6 Wochen) ein erhöhtes Risiko für toxische Wirkungen. Geringe Mengen des Antibiotikums werden noch wochenlang nach Abschluss einer Therapie aus den „tiefen Kompartimenten“ (z.B. proximale Tubuluszellen) freigesetzt.

Wegen der möglichen schweren Nebenwirkungen ist eine strenge Indikationsstellung und Dosierung nach der Nierenfunktion (Creatinin-Clearance) bei der Therapie mit Gentamicin geboten.

Unerwünschte Wirkungen betreffen besonders die Niere und das Ohr.

Nephrotoxizität

In 1–10 % der Fälle tritt ein meist reversibler proximaler Tubulusschaden auf.[8] Gentamicin wird in die proximalen Tubuluszellen eingeschleust und akkumuliert in den dortigen Lysosomen. Die aminoglykosidinduzierte (meist reversible) Nierenfunktionseinschränkung verlangsamt die weitere Antibiotikaausscheidung. Die Kombination von Gentamicin mit anderen Pharmaka mit nephrotoxischer Komponente, wie Furosemid, bestimmten Immunsuppressiva, bestimmten Antibiotika etc., verstärkt die Nierenschädigung.

Ototoxizität

In 1–3 % der Fälle tritt ein Hörschaden auf.[8] Am Innenohr führt schon ein geringer Übertritt von Gentamicin in die Haarzellen zum irreversiblen Verlust der Sinneshärchen. Es kommt zu Gleichgewichtsstörungen und zum im Hochtonbereich beginnenden Hörverlust. Gleichgewichtsstörungen können in bis zu 14 % der Fälle auftreten.[9] Die selektiv die Haarzellen des Innenohrs betreffende Toxizität könnte dadurch erklärt werden, dass zwischen Endolymphe und dem Inneren der Haarzellen eine weit höhere Potentialdifferenz (> −150 mV) besteht als an den Membranen anderer Körperzellen (zwischen −55 und −100 mV). Diese elektrophysiologische Besonderheit könnte begünstigen, dass Gentamicin – bei längerfristig hohen Plasmakonzentrationen – vorrangig ins Haarzell-Cytoplasma eingeschleust wird. Hörstörungen beginnen mit einer Verminderung der Hörschärfe im Hochtonbereich und sind zumeist irreversibel. Wichtigster Risikofaktor ist eine vorbestehende Niereninsuffizienz. Das Risiko steigt proportional mit der Höhe der Gesamt- und Tagesdosis [10].

Neuromuskuläre Blockaden

Durch lokale Anwendung konzentrierter Aminoglykosid-Lösungen können neuromuskuläre Blockaden provoziert werden, z. B. anlässlich von Herzklappen-Operationen.

Vorsichtsmaßnahmen

Um dem Auftreten schwerer Nebenwirkungen durch Gentamicin, wie sie bei systemischer Gabe auftreten können, entgegenzutreten sind kritische Plasmaspiegel zu vermeiden, etwa durch intramuskuläre Injektion oder langsame Infusion. Die kontinuierliche Überwachung der Nierenfunktion (Bestimmung von Serumkreatinin oder Kreatinin-Clearance vor, während und nach der Behandlung) ist empfohlen; gegebenenfalls sind die Blutspiegel zu überwachen, insbesondere bei Störungen der Nierenfunktion, bei Dialyse-Patienten, bei Langzeittherapie, bei Hochdosisbehandlung, z. B. bei Immundefizienz.[6]

Aktuelle Literatur

Seit vielen Jahren ist bekannt, dass es z. T. für die ototoxische Wirkung durch Aminoglykoside eine genetische Veranlagung gibt. Bisher sind zwei Mutationen im mitochondrialen Erbgut bekannt, die zu einem hohen Risiko für eine Aminoglykosid bedingten Ototoxizität führen:

A1555G-Mutation im mitochondrialen 12S ribosomalen RNA-Gen
Delta-T961Cn-Mutation

Es wird geschätzt, dass etwa 15 % aller Aminoglykosid-induzierten Ertaubungsfälle in den USA auf die A1555G-Mutation zurückzuführen sind. In China liegt der Anteil bei mindestens 30 %. Über die Häufigkeit der Delta-T961Cn-Mutation ist derzeit nichts bekannt. Aktuelle Daten aus Deutschland existieren nicht. Es wird geraten, bei jedem Aminoglykosid-induzierten Ertaubungsfall den Patienten hinsichtlich der beiden obengenannten Mutationen zu untersuchen und im „positiven“ Fall alle weiblichen Verwandten hinsichtlich eines erhöhten Risikos für Aminoglykoside zu beraten.[11]

In einer kürzlich publizierten retrospektiven Studie an 33 erwachsenen Patienten wurde gezeigt, dass es keine sichere Gentamicindosis gibt. In dieser Studie war das Messen der Gentamicin-Serumspiegel ohne Vorhersagewert für den Beginn, das Auftreten oder die Schwere der Ototoxizität.[12]

Manche Autoren verlangen auf Grund der Schwere und Häufigkeit der Nebenwirkungen und der zugleich vorhandenen guten Alternativmedikamente, die Anwendung von Gentamicin zu unterlassen.[13]

Mittlerweile hat sich die Firma Soundpharmaceuticals ein Medikament patentieren lassen, welches eine Schutzwirkung vor den unerwünschten Nebenwirkungen u. a. von Gentamicin generieren soll. Erste klinische Versuche werden bereits unternommen.[14]

Eine neue randomisierte, kontrollierte Studie zeigt, dass sich die Gefahr eines permanenten Hörschadens durch die gleichzeitige Gabe von Acetylsalicylsäure (ASS) deutlich senken lässt. Die Studie, welche zwischen 1999 und 2003 an zwei Kliniken in China durchgeführt wurde, zeigt zunächst wie stark ototoxisch Gentamicin ist: 14 von 106 Patienten (etwa 13 %), die zur Behandlung von akuten Infektionen intravenös mit Gentamicin (zweimal täglich 80 bis 160 mg über 5 bis 7 Tage) behandelt wurden, erlitten eine Minderung der Hörschwelle um 15 dB oder mehr auf einem oder beiden Ohren. In einer Vergleichsgruppe von 89 Patienten, welche zusätzlich zur Gentamicinmedikation täglich 3 mal 1 Gramm ASS über 14 Tage einnahmen, traten dagegen nur bei 3 Patienten (etwa 3 %) Hörstörungen auf. Nach Ansicht der Autoren begründen diese Ergebnisse daher den regelmäßigen Einsatz von ASS als Zusatz zu Gentamicin, zumal es zu keinem Wirkungsverlust des Antibiotikums gekommen war.[15]

Ein Übersichtsartikel mit dem Thema Aminoglykosidototoxizität ist auf deutsch erschienen und daher gut verständlich für interessierte Leser.[16]

Handelsnamen

Monopräparate

Garamycin (CH), Gentamycin (D), Gencin (D), Gentamytrex (D), Gentax (A), Gent-Ophtal (D), Ophtagram (CH), Refobacin (D, A), Septopal (CH), Sulmycin (D), Terramycin (D), diverse Generika (D, A)

Kombinationspräparate

Cibaflam (D), Decoderm comp (D, A), Dexa-Gentamicin (D), Dexagent (D), Dexagenta (A), Dexamytrex (D), Diprogenta (D, A, CH), Infectoflam (CH), Inflanegent (D), Ophtasone (CH), Septopal (D, A), Sulmycin (A), Terracortril (D), Triderm (CH), Voltamicin (CH)

Einzelnachweise

↑ a b c Datenblatt Gentamicin sulfate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 3. April 2011.
↑ Gentamicin bei ChemIDplus.
↑ a b c d Thieme Chemistry (Hrsg.): Eintrag zu Gentamicin im Römpp Online. Version 3.19. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2011, abgerufen am 14. März 2011.
↑ Gentamicin. In: Br Med J. 1, Nr. 5533, Januar 1967, S. 158–9. PMID 6015651 . Volltext bei PMC: 1840594 .
↑ S.-H. Sha, J.-H. Qiu, and J. Schacht: Aspirin to Prevent Gentamicin-Induced Hearing Loss. NEJM 2006; 354: 1856–1857.
↑ a b Forth, Henschler, Rummel, Förstermann, Starke: Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. Urban & Fischer, 8. Auflage, 2001; S. 828–835.
↑ Klaus Aktories, U. Förstermann, F. Hofmann, Klaus Starke:Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. Urban & Fischer, 9. Auflage, 2004; S. 813.
↑ a b D. Schneider: Checkliste Arzneimittel A–Z. Thieme, 2. Auflage, 2004; S. 354–355.
↑ P.J. Govaerts et al.: Toxicology Letters. 52; 1990, 227–251.
↑ Fachinformation Gentamicin (B Braun)
↑ Fischel-Ghodsian, N.: Mitochondrial deafness renewed. Human Mutation, 1999; 13:261–270.
↑ F. Owen Black et al.: Permanent Gentamicin Vestibulotoxicity. Otology & Neurology, 25: 559–569, 2004.
↑ William P.: Should Aminoglycoside Antibiotics Be Abandonned? The American Journal Of Surgery; 120: 512–516.
↑ Kil, Jonathan: Ebselen-mediated protection from single and repeated noise exposure in rat. Laryngoscope 114, 14. Februar 2004.
↑ S.-H. Sha, J.-H. Qiu, and J. Schacht: Aspirin to Prevent Gentamicin-Induced Hearing Loss. NEJM 2006; 354: 1856–1857.
↑ J. Lautermann, J. Schacht, K. Jahnke: Aminoglykosidototoxixität – Pathomechanismen, Klinik und Präventionsmöglichkeiten. HNO 2003, 51: 344–352; doi:10.1007/s00106-003-0830-1 , PDF .

Aminoglykoside - Aminoglycosid

Wirkmechanismus

Wichtige Vertreter

Amikacin
Apramycin
Geneticin (G418)
Gentamicine
Kanamycin
Netilmicin
Neomycin
Paromomycin
Spectinomycin
Streptomycin
Tobramycin

Anwendung & Darreichung

Nebenwirkungen

Einige Aminoglykoside (Neomycin, Kanamycin) sind wegen ihrer Nephro- und Ototoxizität ausschließlich zur Behandlung lokaler Infektionen (Haut, Schleimhaut, Auge) angezeigt.[2]

Einzelnachweise

↑ Römpp CD 2006, Georg Thieme Verlag 2006
↑ a b c Mutschler, Arzneimittelwirkungen, 9. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 2008 ISBN 978-3-8047-1952-1

Citrobacter

Bei den Bakterien der Gattung Citrobacter handelt es sich um eine Gruppe gramnegativer Stäbchenbakterien der Familie der Enterobakterien (Enterobacteriaceae).

Die drei Citrobacter-Arten Citrobacter freundii, C. koseri (früher C. diversus genannt) und C. amalonaticus nutzen verschiedene organische Stoffe als Energie- und Baustoffquelle in oxidativem oder fermentativem Energiestoffwechsel. Sie können mit Citrat als einziger Energiequelle wachsen. Verbreitet sind die Citrobacter-Arten in beinah allen Lebensräumen wie etwa dem Boden, in Gewässern und in Abwässern. Außerdem kommen sie als Teil der Darmflora im Magen-Darm-Trakt des Menschen vor. Als Krankheitserreger spielen die Bakterien nur selten eine Rolle und können dann leichte Harnwegsinfektionen auslösen. Ebenfalls selten stehen Citrobacter-Arten im Zusammenhang mit Säuglings-Meningitis

Citrobacter können durch die Phosphataseaktivität in ihrer Zellwand Plutonium [Pu(IV)] aus wässriger Lösung ausfällen und als Lanthan-Phosphat-Komplex binden.[1]

Citrobacter sind wie einige andere Prokaryoten in der Lage, Stickstoff zu fixieren. Sie sind diazotroph. C. freudii wurde im Darm von Mittelmeerfruchtfliegen gefunden und es wird vermutet, das der von den Bakterien fixierte Stickstoff eine relevante Quelle organischen Stickstoffs für die Insekten ist. Somit leben ähnlich wie bei den Termiten die Fliegen mit ihren Darmbakterien in einer Symbiose.[2]

Arten

Citrobacter amalonaticus (Young et al. 1971) Brenner & Farmer 1982
Citrobacter braakii Brenner et al. 1993
Citrobacter farmeri Brenner et al. 1993
Citrobacter freundii (Braak 1928) Werkman & Gillen 1932
Citrobacter gillenii Brenner et al. 2000
Citrobacter koseri Frederiksen 1970
Citrobacter murliniae Brenner et al. 2000
Citrobacter rodentium Schauer et al. 1996
Citrobacter sedlakii Brenner et al. 1993
Citrobacter werkmanii Brenner et al. 1993
Citrobacter youngae Brenner et al. 1993

Literatur

Stichwort „Citrobacter“ in Pschyrembel Medizinisches Wörterbuch. 261. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 2007; Seite 350

Einzelnachweise

↑ P. Yong, L. E. Macaskie: "Bioaccumulation of Lanthanum, Uranium and Thorium, and Use of a Model System to develop a Method for the Biologically-mediated Removal of Plutonium from Solution", in: J. Chem. Technol. Biotechnol., 1998, 71, S. 15–26; Abstract .
↑ A. BEHAR, B. YUVAL, E . JURKEVITCH : Enterobacteria-mediated nitrogen fixation in natural populations of the fruit fly Ceratitis capitata. Molecular Ecology 2005,14: 2637–2643.

Enterobacter

Bei den Bakterien der Gattung Enterobacter handelt es sich um eine Gruppe von fakultativ anaeroben gramnegativen Stäbchenbakterien der Familie der Enterobacteriaceae. Die Bakterien sind peritrich begeißelt und kommen in fast allen Lebensräumen einschließlich des menschlichen Darmes vor. Dort gehören sie zur normalen Darmflora.

Nur wenige Arten der Gattung Enterobacter sind pathogen, so treten E. aerogenes, E. cloacae und E. sakazakii (neuerdings Cronobacter sakazakii) selten als Erreger von Harnwegentzündung, Hirnhautentzündung oder Atemwegsentzündungen auf.

Stoffwechsel

Die Angehörigen der Gattung Enterobacter sind chemoorganotroph, d. h. sie bauen zur Energiegewinnung organische Stoffe ab. Sie sind fakultativ anaerob: Wenn Sauerstoff vorhanden ist, haben sie einen oxidativen Energiestoffwechsel, sie oxidieren die organischen Stoffe zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser; wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, also unter anoxischen Bedingungen, nutzen sie die 2,3-Butandiolgärung zur Energiegewinnung. Hierbei entstehen als Endprodukt vor allem in großen Mengen der Alkohol 2,3-Butandiol und CO2, daneben in geringen Mengen u. a. verschiedene Säuren.

Bei anderen Gattungen der Familie Enterobacteriaceae wie z. B. Escherichia und Salmonella, ist die Gemischte Säuregärung der anaerobe Energiestoffwechselweg, wobei im Gegenteil zu der Butandiolgärung große Mengen von Säuren (Essigsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure) als Endprodukte entstehen, aber kein Butandiol. Dieses Merkmal wird zur Unterscheidung der Enterobacteriaceae-Gattungen genutzt. Dazu dient der Voges-Proskauer-Test, mit dem Acetoin, ein Zwischenprodukt der 2,3-Butandiolgärung, nachgewiesen wird. Enterobacter und Klebsiella reagieren hierbei positiv.

Arten (Auswahl)

E. aerogenes Hormaeche & Edwards 1960
E. amnigenus Izard et al. 1981
E. cloacae (Jordan 1890) Hormaeche & Edwards 1960
E. gergoviae Brenner et al. 1980
E. intermedius corrig. Izard et al. 1980
E. pyrinus Chung et al. 1993

Neuerdings in die Gattung Cronobacter gestellt wird:

Cronobacter sakazakii (Farmer et al. 1980) Iversen et al. 2008

Verschiedene Arten von Enterobacter wurden früher zu Gattungen wie Erwinia und Aerobacter gestellt.

Literatur

Michael T. Madigan, John M. Martinko: Brock - Mikrobiologie, 11. überarbeitete Auflage, Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8273-7187-2 - Übersetzung von Brock - Biology of microorganisms 11. ed. ins Deutsche

Escherichia

Escherichia ist eine Gattung gramnegativer Stäbchenbakterien der Familie Enterobacteriaceae mit aktiver Bewegung (peritrich begeißelt) oder unbegeißelt ohne aktive Bewegung. Benannt wurde die Gattung nach dem deutschen Kinderarzt Theodor Escherich. Die Gattung Escherichia ist Oxidase-negativ und zeigt sich, im Gegensatz zu der sehr ähnlichen Gattung Enterobacter, bei der Voges-Proskauer-Reaktion negativ. Wichtigster Vertreter ist Escherichia coli.

Stoffwechsel

Die Angehörigen der Gattung Escherichia sind chemoorganotroph, d. h., sie bauen zur Energiegewinnung organische Stoffe ab. Sie sind fakultativ anaerob: Wenn Sauerstoff vorhanden ist, haben sie einen oxidativen Energiestoffwechsel, sie oxidieren die organischen Stoffe zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser; wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, also unter anoxischen Bedingungen, nutzen sie die gemischte Säuregärung als Energiestoffwechselweg, wobei große Mengen von Säuren (Essigsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure) als Endprodukte entstehen.

Andere Gattungen der Familie Enterobacteriaceae, wie z. B. Enterobacter, nutzen unter anoxischen Bedingungen die 2,3-Butandiolgärung zur Energiegewinnung. Hierbei entstehen als Endprodukte vor allem in großen Mengen der Alkohol 2,3-Butandiol und CO2, daneben in nur geringen Mengen u. a. verschiedene Säuren. Die 2,3-Butandiolgärung wird nachgewiesen durch den Voges-Proskauer-Test auf Acetoin, ein Zwischenprodukt dieser Gärung. Dieser Test dient zur Unterscheidung der Butanolgärung von der gemischten Säuregärung und damit zur Differenzierung der Enterobacteriaceae.

Arten

E. albertii Huys et al. 2003
E. blattae Burgess et al. 1973
E. coli (Migula 1895) Castellani & Chalmers 1919
E. fergusonii Farmer et al. 1985
E. hermannii Brenner et al. 1983
E. senegalensis
E. vulneris Brenner et al. 1983
E. sp. (Diverse)

Quellen

Pschyrembel Klinisches Wörterbuch, 256. Auflage. De Gruyter, Berlin 1990, ISBN 3-11-010881-X
Hans G. Schlegel: Allgemeine Mikrobiologie; Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1992, ISBN 3-13-444607-3
Georg Fuchs [Hrsg.]: Allgemeine Mikrobiologie, begründet von Hans Günter Schlegel. 8. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 2007, ISBN 978-3-13-444608-1

Escherichia coli

Escherichia coli (abgekürzt E. coli) ist ein gramnegatives, säurebildendes, stäbchenförmiges und peritrich begeißeltes Bakterium, das im menschlichen und tierischen Darm vorkommt. Auf Grund dessen gilt es auch als Fäkalindikator.[1] Innerhalb der Familie der Enterobakterien (griech. „enteron“: Darm) gehört es zur bedeutenden Gattung Escherichia und ist deren Typspezies.[2] Benannt wurde es nach dem deutschen Kinderarzt Theodor Escherich, der es erstmals beschrieb. Coli ist der lateinische Genitiv von colon (Kolon), einem Teil des Dickdarms.[3]

In der menschlichen Darmflora ist es als Vitaminproduzent, insbesondere Vitamin K, bekannt. Die Spezies ist normalerweise nicht krankheitsauslösend, jedoch existieren auch zahlreiche verschiedene pathogene Stämme.[4] Es zählt zu den häufigsten Verursachern von menschlichen Infektionskrankheiten.[1] Die Genomsequenz einiger Stämme ist vollständig aufgeklärt. Als Modellorganismus zählt es zu den am besten untersuchten Prokaryoten[5] und hat eine Rolle als „Arbeitstier“ in Molekularbiologie eingenommen. Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin wurde an zahlreiche Forscher, die sich mit der Biologie von E. coli beschäftigt haben, vergeben.[6]

Geschichte

Entdeckt wurde es 1885 von Theodor Escherich, der es damals „Bacterium coli commune“ nannte.[7] 1919 wurde es ihm zu Ehren umbenannt.[8] 1892 wurde von Shardinger vorgeschlagen E. coli als Indikatororganismus für fäkale Verunreinigung zu verwenden. In der Praxis war es jedoch schwierig mit rein biochemischen Nachweismethoden E. coli von anderen Enterobakterien abzugrenzen weshalb die nicht taxonomische Einteilung coliforme Bakterien geprägt wurde.[9] 1997 wurde die DNA-Sequenz aufgeklärt.[10] Hierfür wurden 15 Jahre benötigt.[11]

Merkmale

E. coli hat die Form gerader, zylindrischer Stäbchen mit runden Enden. Der Durchmesser beträgt 1,1–1,5 und die Länge 2,0–6,0 µm. Sie kommen paarweise oder einzeln vor. In der Gram-Färbung lassen sie sich nicht mit Kristallviolett und Iod einfärben (gram-negativ).[2] Es bildet keine Bakteriensporen.[5] Die Zellen bestehen überwiegend (70–85%) aus Wasser wobei die Trockenmasse zu 96% aus Polymeren besteht unter denen die Proteine dominieren. Es sind 4288 Proteine annotiert. Im Cytoplasma als auch in der Zellhülle (bestehend aus Zellmembran, Periplasma, äußere Membran) erfüllen sie strukturelle, enzymatische und regulatorische Funktionen. Das Genom umfasst etwa 4600 Kilobasenpaare und kommt als kovalent geschlossenes, ringförmiges Bakterienchromosom vor.[10]

Fimbrien

Viele Stämme besitzen Fimbrien (Pili). Eine Zelle des Stammes K-12 enthält typischerweise etwa 100–500 Typ 1 Fimbrien mit einer Länge von 0,2–2,0 µm und einem Durchmesser von ca. 7 nm. Es gibt mehr als 30 verschiedene Arten von Fimbrien, die in zwei nach ihren adhesiven Eigenschaften an rote Blutkörperchen eingeteilt werden: MS (Mannose-sensitve), die in Anwesenheit von Mannose rote Blutkörperchen nicht verklumpen können (Hämagglutination) und MR (Mannose-resistente), denen die Präsenz des Zuckers nichts ausmacht. Typ 1 Fimbrien, die zu den MS-Fimbrien gehören, kommen sowohl in symbiotischen als auch in pathogenen Stämmen vor und werden daher nicht zur Differenzierung herangezogen. MR-Fimbrien sind serologisch divers und fungieren häufig als Virulenzfaktoren. Ihr Anhaften ist sowohl spezies- als auch organspezifisch.[2] Zusätzlich bildet E. coli auch einen Sexpilus aus (auch F-Pilus, F für Fertilität) mit dem Zell-Zell-Kontakte zum Austausch von genetischer Information (Konjugation) möglich sind. Zudem dient der F-Pilus auch einigen Bakteriophagen als Rezeptor nach deren Bindung die Virus-DNA eingeschleust wird (Transduktion).[5]

Bewegung

Zellen von E. coli können durch peritriche Begeißelung beweglich sein oder selten nicht-motil sein. Motile E. coli bewegen sich mit ihrem proteinösen Flagellum fort wobei sie wiederholt ihre Richtung ändern. Während das Bakterium sich in eine Richtung aktiv fortbewegt bündeln sich die flagellaren Filamente und arbeiten zusammen. Während des Taumelns löst sich das Bündel und reformiert sich um in eine neue Richtung zu beschleunigen. Die Stabilität des Bündels wird durch Chemorezeptoren verstärkt. Bietet man ihnen einen Nährstoff an so wird die Stabilität weiter verstärkt und die Bakterien akkumulieren sich. Schwimmen sie ein Konzentrationsgefälle hinauf so ändern sie weniger häufig ihre Richtung. Schwimmen sie einen Gradienten herunter ist ihr Bewegungsmuster nicht von dem in einer isotropen Lösung zu unterscheiden.[12]

Neben positiver Chemotaxis kann E. coli sich auch aktiv von Schadstoffen entfernen (negative Chemotaxis), wobei niedrige Konzentrationen an Schadstoffen keine Lockstoffe darstellen und hohe Nährstoffkonzentration nicht abstoßend wirken. Es gibt Mutanten, die gewisse Schadstoffe nicht erkennen und nicht-chemotaktische Mutanten, die auch keine Lockmittel erkennen können. Der Prozess benötigt L-Methionin.[13]

Die Signaltransduktion für akkurate chemotaktische Reaktionen hat sich im Laufe der Evolution auf optimale Arbeitsleistung bei minimaler Proteinexpression entwickelt. Aufgrund des hohen Selektionsdrucks ist die Chemotaxis bei E. coli sehr sensitiv, besitzt ein schnelles Ansprechverhalten und ist perfekt angepasst. Zudem scheint die Anordnung innerhalb des bakteriellen chemosensorischen Systems hochkonserviert.[14]

Membranproteine

Zum Stoffaustausch besitzt E. coli Transportproteine in der Zellmembran. Unter den Porinen dominieren outer-membrane-Proteine OmpF und OmpC, welche zwar nicht substrat-spezifisch sind, jedoch kationische und neutrale Ionen bevorzogen und hydrophobe Verbindungen nicht akzeptieren. Die Kopienzahl hängt von der Osmolarität der Umgebung ab und dient der Anpassung an den Lebensraum. Unter den Bedingungen im Dickdarm (Hyperosmolarität, höhere Temperatur) überwiegen OmpC-Kanäle. Verlässt das Bakterium seinen Wirt und findet sich in einem weniger bevorzugten Lebensraum, z.B. einem Gewässer (niedrigere Osmolarität und Temperatur) so wird die OmpF-Synthese gefördert. Für Substrate, die durch die unspezifischen Porine gar nicht oder unzureichend transportiert werden, gibt es substratspezifische Porine. Bei Phosphatmangel exprimiert E. coli das Protein PhoE. Zusammen mit Maltodextrinen entstehen daraus Maltoporine, die auch als Rezeptor für die Lambda-Phage fungieren und daher auch LamB genannt werden. Stämme, die Saccharose verwerten können nehmen diese über das Kanalprotein ScrY auf. Langkettige Fettsäuren werden mit FadL in die Zelle transportiert.[15]

Stoffwechsel

Bei der biochemischen Differenzierung kann mit Methylrot die Glucosefermentation nachgewiesen werden. Neben Säure bildet E. coli aus Glucose auch Gas. Der Indol-Test auf Tryptophanase ist positiv. Die Voges-Proskauer-Reaktion zum Nachweis der Acetoin-Bildung fällt negativ aus. Auf Simmons Citrat-Agar ist keine Verfärbung sichtbar, da E. coli Citrat nicht als alleinige Energiequelle nutzen kann. Zudem kann es Malonat nicht verwerten. Acetat und Tartrat (Test mit Methylrot nach Jordan) können verstoffwechselt werden. Nitrat kann zu Nitrit oxidiert werden. Eine Schwefelwasserstoffbildung auf Triple Sugar Iron-Agar kann nicht beobachtet werden. E. coli kann keinen Harnstoff und keine Gelatine hydrolysieren, manchmal jedoch Esculin. Eine Decarboxylierung von Lysin kann häufig beobachtet werden, seltener von Ornithin. In Kaliumcyanid kann E. coli nicht wachsen. Es besitzt keine Phenylalanindeaminase, keine Lipase und keine DNase im engeren Sinne. Der Oxidase-Test mit Kovacs-Reagenz ist stets negativ. Des Weiteren kann von den meisten Stämmen L-Arabinose, Lactose, Maltose, D-Mannitol, D-Mannose, Mucat, D-Sorbitol, Trehalose und D-Xylose fermentiert werden.[2]

Es gehört zu den fakultativ anaeroben Mikroorganismen und besitzt die Fähigkeit, Energie sowohl durch die Atmungskette als auch durch „Gemischte Säuregärung“ zu gewinnen. Die Gärungsbilanz bei E. coli sieht folgendermaßen aus:[16]

Glucose → 0,84 Lactat + 0,44 Acetat + 0,42 Ethanol

+ 0,29 Succinat + 0,02 Formiat + 1,88 H⁺ + 0,44 CO₂ + 0,43 H₂

Serotypen

Die Serotypisierung ist eine nützliche Möglichkeit E. coli anhand der zahlreichen Unterschiede in der Antigenstruktur auf der Bakterienoberfläche einzuteilen.[2]

Man unterscheidet vier Gruppen von Serotypen:

flagellare H-Antigene für die Flagellen, abgeleitet von „mit Hauch wachsende Bakterien“, da sie durch ihre aktive Fortbewegung auf einer Agarplatte ein mattes Kräuselmuster erzeugen, das wie eine angehauchte Glasplatte aussieht.[17] Es handelt sich um Proteinantigene.[18]
somatische O-Antigene, abgeleitet von „ohne Hauch“[17] für die Lipopolysaccharide, die sich auf der Oberfläche der Zellwand befinden. Ihre Spezifität wird durch Kohlenhydratseitenketten bestimmt.[18]

Selten zur Diagnostik eingesetzt werden:

K-Antigene für die Kapsel, die aus Polysacchariden aufgebaut sind[18]

fimbriale F-Antigene für die Fimbrien[18]

Vorkommen

E. coli kommt als universeller und kommensaler Begleiter im unteren Darmtrakt warmblütiger Tiere (inklusive des Menschen) vor. Im Stuhl befinden sich etwa 108–109 koloniebildendende Einheiten pro g.[5] Er kann auch in anderen Habitaten überleben. Bei Neugeborenen spielt er als Erstbesiedler eine wichtige Rolle. Obwohl er selbst nur in geringer Zahl vorhanden ist dient er der Ansiedlung obligater Anaerobier, die physiologische Bedeutung bei der Verdauung besitzen.[19] Trotz der geringen Anteils im Darm nimmt E. coli eine beherrschende Stellung im Darm ein, den er bei Menschen innerhalb von 40 Stunden nach der Geburt über Lebensmittel, Wasser oder anderen Individuen kolonisiert. Die Fähigkeit zum Anhaften an den Mucus erlaubt E. coli lange Zeit im Darm zu verweilen. Obwohl sehr viel über den Organismus bekannt ist, bleibt die Ökologie im Darm relativ unverstanden.[20]

Probiotikum

Der Stamm Escherichia coli Nissle 1917 (Handelsname Mutaflor) zählt zu den am häufigsten untersuchten Probiotika. Er wurde während des ersten Weltkrieges vom Stuhl eines Soldaten isoliert, der im Gegensatz zu seinen Kameraden nicht an Durchfall litt. Der Stamm ist mittlerweile sequenziert und besitzt sechs verschiedene Systeme um Eisen aufzunehmen wodurch er Konkurrenten aus dem Feld schlägt. Er besitzt Adhesine für eine effektive Kolonisierung und blockiert das Anhaften und Eindringen von pathogenen Bakterien an die Epithelzellen des Darms. Zudem besitzt es einen entzündungshemmenden Effekt auf die T-Zellen-Proliferation. Des Weiteren wird die Produktion von menschlichem β-Defensin-2 angeregt, das als Breitspektrumantibiokum sowohl gram-positive als -negative Bakterien, Pilze und Viren abtötet.[21]

Pathogenität

Die meisten Stämme von E. coli sind nicht pathogen und damit harmlos. Einige Serotypen spielen jedoch eine wichtige Rolle in intestinalen und extraintestinalen Erkrankungen. In Wirten mit Immunschwäche ist E. coli ein opportunistischer Erreger.[2] Uropathogene E. coli (UPEC) sind für unkomplizierte Harnwegsinfektionen verantwortlich.[22] Neonatale Meningitis auslösende E. coli (NMEC) können die Blut-Hirn-Schranke passieren und bei Neugeborenen eine Hirnhautentzündung auslösen. NMEC und UPEC führen im Blutstrom zur Sepsis.[23]

Es wird vermutet, dass E. coli mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa assoziiert ist, da neben genetischer Prädisposition und Umweltfaktoren an der Pathogenese unter anderem auch eine fehlregulierte mukosale Immunantwort gegen kommensale Bakterien beteiligt sein könnte.[24] Die Mukosa der Patienten ist abnormal mit adherent-invasiven E. coli (AIEC) kolonisiert, welche an den Epithelzellen anhaften und in sie eindringen.[25]

Die darmpathogenen E. coli werden in fünf verschiedene Pathogruppen unterteilt. Weltweit sorgen sie für 160 Mio. Durchfallerkrankungen und 1 Mio. Todesfälle pro Jahr. In den meisten Fällen sind Kinder unter 5 Jahren in den Entwicklungsländern betroffen.[26]

EPEC

Enteropathogene E. coli sorgen bei Kleinkinder für schwere Durchfälle, die in industrialisierten Gesellschaften selten sind, in unterentwickelten Ländern häufig für plötzlichen Kindstod verantwortlich sind. Mithilfe des EPEC Adhäsionsfaktor (EAF) heften sich die EPEC an die Epithelzellen des Dünndarms und injizieren dann Toxine in die Enterozyten mit Hilfe eines Typ-III-Sekretionssystems.[1]

ETEC

Enterotoxische E. coli sind häufiger Erreger der Reisediarrhoe (Montezumas Rache). Grund für diese Erkrankung ist ein hitzelabiles Enterotoxin vom A/B Typ (LT I und LT II), sowie ein hitzestabiles Enterotoxin (ST). Dieses 73 kDa große Protein besitzt zwei Domänen, von denen eine an ein G-Gangliosid der Zielzelle bindet (Bindende Domäne). Die andere Domäne ist die Aktive Komponente, die ähnlich dem Choleratoxin (ca. 80% Genhomologie) die Adenylatcyclase aktiviert. Das ca. 15-20 Aminosäuren langes ST aktiviert die Guanylatcyclase. Die Aktivierung der Adenylatcyclase und der Guanylatcyclase endet in einer sekretorischen Diarrhoe, bei der viel Wasser und Elektrolyte verloren gehen. Die genetische Information erhält das Bakterium von einem lysogenen Phagen durch Transduktion.[26]

EIEC

Enteroinvasive E. coli penetrieren die Epithelzellen des Kolons und vermehren sich dort. Innerhalb der Zelle binden kommt es zur Aktionschweifbildung mit denen sie wie Listerien und Shigellen in benachbarte Epithelzellen eindringen. Es kommt zu Entzündungen und Geschwürbildung unter Absonderung von Blut, Schleim und Granulozyten. Zudem können EIEC Enterotoxine abgeben, die zu Elektrolyt- und Wasserverlust führen. Das Krankheitsbildung ähnelt einer Bakterienruhr mit Fieber und blutig-schleimigen Durchfällen wobei häufig eine abgeschwächte Symptomatik mit wässriger Diarrhoe einhergeht.[26]

EHEC

Enterohämorrhagische E. coli sind Shigatoxin produzierende E. coli (STEC) mit zusätzlichen Pathogenitätsfaktoren. Das Shigatoxin wirkt enterotoxisch und cytotoxisch und zeigt Ähnlichkeiten mit dem von Shigellen gebildetem Toxin. Analog werden VTEC (Verotoxin produzierende E. coli) benannt. Durch EHEC verursachte Darmerkrankungen wurden vornehmlich unter dem Namen EHEC-Colitis (enterohämorrhagische Colitis) bekannt. EHEC-Infektionen zählen zu den häufigsten Ursachen für Lebensmittelvergiftungen. Der Erreger ist hoch infektiös: 10–100 Individuen sind für eine Erkrankung ausreichend. Die niedrige Infektionsdosis begünstigt eine Übertragung von Mensch zu Mensch. Eine Infektion kann jedoch auch durch Tierkontakt (Zoonose) oder durch Verschlucken von Badewasser erfolgen. Typische Krankheitsbilder sind die Thrombotisch-thrombozytopenische Purpura (TTP) und ein Hämolytisch-urämisches Syndrom (HUS). Gefürchtet ist vor allem HUS aufgrund der Möglichkeit an einem terminalen Nierenschaden zu sterben. Hierbei sind alle Altersgruppen betroffen, jedoch vor allem Kinder unter 6 Jahren. Das Nierenversagen verläuft in 10-30 % der Fälle mit dem Tod des Patienten innerhalb eines Jahres nach Beginn der Erkrankung.[27]

EAggEC

Enteroaggregative E. coli (auch EAEC abgekürzt) besitzen die Fähigkeit zur Autoaggregation. Sie heften sich an das Dünndarmepithel mit spezifischen Fimbrien. Charakteristisch ist die erhöhte Schleimproduktion der Mukosazellen, die eine Ausscheidung verzögert. Es kommt zu einer Diarrhoe vom sekretorischen Typ aufgrund von Enterotoxinen (EAST). Durch EAEC werden sowohl akute als auch chronisch rezidivierende Durchfallerkrankungen, die sich über Wochen hinziehen können verursacht. Neben wässrig schleimigen Durchfall kann es auch zu Fieber und Erbrechen oder blutigem Stuhl kommen. Bei Immunsupprimierten (z.B. HIV-Patienten) ist EAEC der häufigste Erreger einer bakteriellen Enteritis.[26]

Therapie

Die Therapie bei fakultativ pathogenen Stämmen sollte immer gezielt nach Antibiogramm erfolgen. E. coli besitzt Antibiotikaresistenzen durch die Bildung zahlreicher β-Lactamasen, die in der Lage sind β-Lactam-Antibiotika zu spalten. Mittel der Wahl sind Aminopenicilline, Ureidopenicilline, Cephalosporine, Carbapeneme, Chinolone, Cotrimoxazol. Aminoglycoside werden in Ausnahmesituationen kombiniert. Bei obligat pathogenen E.-coli-Stämmen sind die Gastroenteritidien selbstlimitierend. Der starke Flüssigkeitsverlust muss jedoch insbesondere bei Säuglingen und Kleinkindern behandelt werden. Für den Wasser- und Salzverlust bieten sich orale Rehydratationslösungen an. Die zweimalige Gabe von Chinolonen (z.B. Ciprofloxacin oder Cotrimoxazol) innerhalb von 24 h kann Dauer und Schwere der Erkrankung lindern.[28]

Eine rasche Keimzahlreduktion kann nur bei sehr frühem Einsatz erzielt werden. Bei der Therapie von enterohämorrhagischen E. coli mit Antibiotika kann es durch vermehrte Ausschüttung von Verotoxin zu Komplikationen kommen. Insbesondere bei der Gabe von Fluorchinolonen, Cotrimoxazol, Aminoglycosiden und Fosfomycin überwiegen die ungünstigen Wirkungen. Dies gilt nicht in gleichem Maße für neuere Makrolide und gegebenenfalls Clindamycin sowie Rifampicin, Rifaximin und Carbapeneme. Jedoch bleibt der Einsatz im Sinne einer EHEC-Virulenzabschwächung durch Reduktion der Verotoxinproduktion kontrovers.[29]

Veterinärmedizin

E. coli ist für eine Vielzahl von Erkrankungen bei Tieren verantwortlich. Spezifische Krankheitsbilder sind:

Coliruhr der Saug- und Absatzferkel
Coliseptikämie der Kälber und Lämmer
Coliseptikämie des Geflügels
Colimastitis der Kühe

Beim Hausschwein lösen extraintestinal pathogene (ExPEC) Stämme eine hämorraghaische Septikämie aus, die als Differentialdiagnose zur Schweinepest angesehen wird.[30]

Labordiagnose

Coliforme Bakterien werden als Indikator für die sanitäre Gewässergüte und die Hygiene bei der Lebensmittelverarbeitung verwendet. Fäkalcoliforme Keime gelten insbesondere bei Schalentieren der Standardindikator für Verunreinigung. E. coli zeigt fäkale Verunreinigung sowie unhygienische Verarbeitungen an. Klassischerweise basieren die biochemischen Methoden zum Nachweis von E. coli, Gesamtcoliformen oder Fäkalcoliformen auf der Verwertung von Lactose. Eine Auszählung ist mittels MPN-Verfahren möglich. Gebräuchlich ist eine Brillantgrün-Galle-Lactose-Bouillon in denen Gasbildung beobachtet wird. Es gibt jedoch auch spezielle Nährböden wie Eosin-Methylen-Blau, VRB-Agar (Kristallviolett-Neutralrot-Galle-Agar), MacConkey-Agar[31] oder Endo-Agar, die Lactoseverwertung anzeigen. Zur Differenzierung von anderen Enterobakterien kann der IMViC-Test durchgeführt werden.[9]

Pathogene E. coli werden ebenfalls zunächst angereichert. Das hitzelabile Enterotoxin (LT) der ETEC kann durch einen Y-1 Nebennieren-Zell-Assay, Latexagglutinations-Assay und ELISA nachgewiesen werden. Der Nachweis für das hitzestabile Toxin (ST) der ETEC kann ebenfalls mittels ELISA oder Jungmaus-Assay erfolgen. Die Gene für LT und ST sind bekannt und können mittels PCR oder mittels Gensonde nachgewiesen werden. In Verbindung mit ausplatierten Medien kann so eine Auszählung der ETEC-positiven Kolonien erfolgen. EIEC sind nicht-motil und anaerogen, da sie kein Lysin decarboxilieren und keine Lactose fermentieren. Der invasive Phänotyp von EIEC, der durch ein hochmolekulares Plasmid kodiert wird, kann mittels HeLa-Zellen oder Hep-2 Gewebezellkulturen nachgewiesen. Alternativ kann wiederum auf PCR- und Sondenmethoden für die Invasionsgene zurückgegriffen werden. Das Protein Intimin der EPEC wird durch ein eae-Gen kodiert auf das mit PCR getestet werden kann. Des Weiteren wird der EPEC adhärent Faktor (EAF) über ein Plasmid kodiert. Das Protein lässt sich mit Hep-2 Zellen nachweisen. EHEC kann über die Shiga-Toxine (Stx) nachgewiesen werden. Insbesondere Stx1 und Stx2 werden mit menschlichen Erkrankungen in Zusammenhang gebracht wobei zahlreiche Varianten von Stx2 existieren. Die Produktion von Stx1 und Stx2 kann mit Zytotoxizitätstests auf Vero-Zellen oder Hela-Gewebekulturen sowie durch ELISA und Latexaggulationstests erfolgen. Zudem gibt es PCR-Assays für Stx1, Stx2 oder andere charakteristische Marker. EHEC zeichnen sich zudem durch keine oder langsame Fermentation von Sorbitol aus.[31] Eine weitere biochemische Differenzierung ist der LST-MUG-Assay, welcher auf der enzymatischen Aktivität von β-Glucuronidase (GUD) basiert. GUD setzt das Substrat 4-Methylumbelliferyl-β-D-glucuronid (MUG) in 4-Methylumbelliferon um, welches bei 365 nm (UV-Licht) eine blaue Fluoreszenz zeigt. GUD wird von >95% der E. coli-Stämme produziert (inklusive denen, die kein Gas produzieren), jedoch nicht von EHEC des Serotyps O157:H7 weshalb es hier zur Differenzierung verwendet werden kann.[9]

Lebensmittelhygiene

Sporadische durch Trinkwasser übertragene Ausbrüche von ETEC sind bekannt. Zudem wird ETEC durch Konsum von Weichkäse und rohem Gemüse übertragen. Vorwiegend sind Gerichte der mexikanischen Küche betroffen. EPEC-Ausbrüche werden häufig mit kontaminiertem Trinkwasser und einigen Fleischprodukten in Verbindung gebracht. Infektionen mit EHEC stammen häufig von Lebensmitteln oder werden durch Wasser übertragen. Häufig infizierte Lebensmittel sind nicht durchgegartes Rinderhack, Rohmilch, kalte Sandwiches, Wasser, nicht-pasteurisierter Apfelsaft, Sprossen und rohes Gemüse.[31] Zudem wurden Epidemien im Zusammenhang mit Hamburgern, Roastbeef, Kohlrouladen und Rohwurst (Teewurst) aufgeklärt.[27]

In 1–2% des Rinderkots kann der für Rinder ungefährliche Magensäure-resistente Stamm Escherichia coli O157:H7 (EHEC) nachgewiesen werden, welcher bei der Schlachtung auch das Fleisch kontaminieren und bei Menschen schwere Lebensmittelvergiftungen auslösen kann. Der Grund hierfür ist, dass häufig stärkehaltiges Getreide gefüttert wird, das im Pansen unvollständig abgebaut und zu Säure fermentiert wird, so dass sich acidophile Bakterien dort anreichern. Es konnte gezeigt werden, dass die Fütterung von Heu oder Gras die Anzahl humanpathogener Stämme reduziert.[32]

Da eine komplette EHEC-Sanierung der Tierbestände nicht möglich ist, muss die Prophylaxe bei der Schlachthygiene ansetzen. Rindfleischprodukte sollte mind. 10 Minuten bei mind. 70 °C durchgegart werden. Aufgrund der hohen Umweltresistenz der Erreger sollten Lebensmittelhersteller Belastungstests und HACCP-Analysen durchführen. Risikogruppen (Kinder unter 6 Jahren und immunsupprimierte Personen) sollten rohe Produkte nicht verzehren.[27]

Phylogenie

Das Kerngenom, dass sich in allen sich in allen Stämmen wiederfindet macht lediglich 6% der Genfamilien aus. Über 90% der Gene sind variabel. Die Diversität innerhalb der Spezies und die überlappenden Geninhalte mit verwandten Spezies lassen einen Übergang anstelle einer scharfen Speziesabgrenzung innerhalb der Enterobacteriaceae vermuten.[34]

Der extraintestinal pathogene (ExPEC) Serotyp O7:K1 (Stamm IAI39) löst beim Hausschwein eine hämorraghaische Septikämie aus. Er hat keine ETEC (enterotoxische) oder EDEC (Ödemkrankheit-verursachende E. coli) Virulenzfaktoren. Stattdessen besitzt er P-Fimbrien und Aerobactin[30] Stamm SMS-3-5 / SECEC wurde in einem küstennahen Industriegebiet, mit Schwermetallen verseuchtem Gebiet isoliert. Es ist gegen zahlreiche Antibiotika in hohen Konzentrationen resistent.[35]

Serotyp O127:H6, Stamm E2348/69 war der erste sequenzierte und am besten untersuchte enteropathogene E. coli (EPEC).[36]

Im Vergleich mit anderen pathogenen Stämmen zeigt CFT073 des Serotyps O6:H1 das Fehlen eines Typ-III-Sekretionssystems und keine Phagen- oder Plasmidkodierten Toxine. Stattdessen besitzt er fimbriale Adhesine, Autotransporter, Eisen-Sequestierungssysteme und Rekombinasen. Schlussfolgernd kann man sagen, dass extraintestinal pathogene E. coli unabhängig voneinander entstanden sind. Die verschiedenen Pathotypen haben hohe Syntenie, die durch vertikalen Gentransfer entstanden ist und ein gemeinsames Rückgrat bildet, das durch zahlreiche Inseln aufgrund von horizontalem Gentransfer unterbrochen wird.[37]

Der Serotyp O45:K1 (Stamm S88 / ExPEC) wurde 1999 aus der Zerebrospinalflüssigkeit eines spät ausbrechenden Meningitisfall in Frankreich isoliert. Er gehört zur phylogenetischen Gruppe B2.[38] Serotyp O1:K1 löst bei Vögeln Krankheiten aus und wird „avian pathogen Escherichia coli“ (APEC) genannt. Er ist mit drei menschlichen uropathogenen (UPEC) eng verwandt.[39] UTI89 ist ein uropathogener E. coli Stamm, der aus einem Patienten mit akuter Blaseninfektion isoliert wurde.[40] Stamm ED1a ist hingegen apathogen und wurden aus dem Stuhl eines gesunden Mannes isoliert.[41] Der uropathogene Stamm 536 (O6:K15:H31) stammt ursprünglich vom einem Patienten mit akuter Pyelonephritis. Er ist ein Modellorganismus für extrainstestinale E. coli. Das Genom enthält fünf gut charakterisierte Pathogenitätsinseln und eine neu entdeckte sechste, die den Schlüsselvirulenzfaktor darstellt.[42]

Der gefürchtete Lebensmittelvergifter E. coli O157:H7 wurde vollständig sequenziert um seine Pathogenität zu verstehen. Die Erklärung liefert ein massiver lateraler Gentransfer. Über 1000 neue Gene finden sich in diesem Stamm spezifischen Cluster. Enthalten sind mögliche Virulenzfaktoren, alternative metabolische Fähigkeiten sowie zahlreiche Prophagen, die für die Lebensmittelüberwachung genutzt werden können.[43] Das Virulenzplasmid pO157 besitzt 100 offene Leserahmen. Ein ungewöhnlich großes Gen hat eine mutmaßliches aktives Zentrum, das mit der Familie des großen clostridialen Toxins (LCT) und Proteinen wie ToxA und B von Clostridium difficile verwandt ist.[44] Der Stamm TW14359 wurde 2006 nach eine Ausbruch von E. coli O157:H7 in den USA aus Spinat isoliert. Es wurden neue Genabschnitte festgestellt, welche die erhöhte Fähigkeit zur Auslösung des Hämolytisch-urämischen Syndroms oder alternativ die Anpassung an Pflanzen erklären. Zudem enthält der Stamm Gene für intakte anaerobe Nitritreduktasen.[45]

Serotyp O139:H28 (Stamm E24377A / ETEC) ist ein enterotoxischer Isolat. Er besitzt colonization factor antigen (CFA) Pili um sich anzuheften. 4% des Genoms besteht aus Insertionssequenzen. Vermutlich kann der Stamm Propandiol als einzige Kohlenstoffquelle verwerten.[46] Stamm 55989 / EAEC ist ein enteroaggregativer Stamm, der 2002 in der Zentralafrikanischen Republik aus dem Stuhl eines HIV-positiven Erwachsenen, der an stark wässrigem Durchfall litt, isoliert wurde.[47]

Stamm IAI1 vom Serotyp O8 ist ein bei Menschen kommensaler Stamm, der aus dem Fäzes eines gesunden Franzosen in den 1980ern isoliert wurde.[48] Stamm SE11 vom Serotyp O152:H28 wurde ebenfalls aus dem Fäzes eines gesunden Menschen isoliert. Im Vergleich mit dem Laborstamm K-12 MG1655 besitzt er zusätzliche Gene für Autotransporter und Fimbrien um sich an den Darmzellen zu befestigen. Zudem besitzt er mehr Gene, die für den Kohlenhydratstoffwechsel von Bedeutung sind. Alles deutet darauf hin, dass sich dieser Stamm an den menschlichen Darm angepasst hat.[49] Serotyp O103:H2 Stamm 12009 wurde 2001 in Japan von einem Patienten mit sporadisch auftretendem blutigen Durchfall isoliert. Offenbar sind EHEC Stämme mit den gleichen Pathotypen von verschiedener Abstammung unabhängig voneinander durch Lambda-Phagen, Inserationelemente und Virulenzplasmide entstehen.[50]

Crooks (ATCC 8739 / DSM 1576) ist ein fäkaler Stamm, der dazu verwendet wird die Effizienz antimikrobieller Wirkstoffe zu testen. Er besitzt ein Insertionselement innerhalb von ompC und kann daher nur ompF als äußeres Membranporin exprimieren.[51] Stamm B dient als Forschungsmodell für Phagensensitivität, Restriktionsmodifikationssysteme und bakterielle Evolution. Ihm fehlen Proteasen. Zudem produziert er wenig Acetat, wenn ihm viel Glucose angeboten wird. Aufgrund einer einfachen Zelloberfläche ist die selektive Permeabilität verbessert. Daher wird er gerne zur rekombidanten Proteinexpression im Labormaßstab und in industriellen Dimensionen eingesetzt.[52] Stamm K12 von MC4100 ist sehr häufig eingesetzt. Eine Genomsequenzierung zeigte, dass er während seiner Anpassung an die Laborumgebung zusätzliche Unterschiede entwickelt hat, die nicht künstlich herbeigeführt wurden.[53] Stamm K12 wurde 1922 von einem Patienten mit Diphtherie isoliert und 1925 in die Stammsammlung von Stanford überführt. Da er prototroph und in definierten Medium mit kurzen Generationszeiten einfach zu züchten ist, wurde er schnell zum bestuntersuchten Organismus und seit den 1950ern zum Verstehen zahlreicher fundamentaler biochemischer und molekularer Prozesse herangezogen. Zudem besitzt er die unter E. coli Wildtypen seltene Fähigkeit zur Rekombination.[54] Stamm DH10B ist ein Derivat von K12, das aufgrund der leichten Transformation insbesondere großer Plasmide (nützlich bei der Genomsequenzierung) vielfach eingesetzt wird. Die Sequenz wurde aus „Kontaminationssequenzen“ bei der Genomsequenzierung des Rindes zusammengesetzt.[55]

Serotyp O9:H4 Stamm HS wurde von einem Laborwissenschaftler des Walter-Reed-Militärkrankenhaus isoliert. Im Humanexperiment zeigte sich, dass Stamm HS den Gastrointestinaltrakt kolonisiert, aber keine Krankheitsbilder verursacht.[56] Stamm UMN026 ist ein extraintestinal pathogener Stamm (ExPEC), der 1999 in den USA von einem Patienten mit akuter Cystitis isoliert wurde. Er gehört zur phylogenetischen Gruppe D und besitzt den Serotyp O17:K52:H18. Er ist Repräsentant einer kürzlich bekannt gewordenen Gruppe resistenter Erreger.[57]

Der Serotyp O104:H4 Klon HUSEC041 (Sequenztyp 678) enthält Virulenzfaktoren, die sowohl für STEC als auch für EaggEC typisch sind. Im Zusammenhang mit der HUS-Epidemie 2011 in Norddeutschland wird dieser Hybrid für die besonders schwere Verlaufsform verantwortlich gemacht.[58]

Forschung

Im Zuge der GeneSat-1 Mission wurden am 16. Dezember 2006 E. coli mittels eines CubeSat in den Orbit befördert, um genetische Änderungen aufgrund von Strahlungen im All und der Schwerelosigkeit zu untersuchen.[59]

Um E. coli in biotechnologischen Anwendungen leichter handhaben zu können, züchtete ein Team um Frederick Blattner (University of Wisconsin) einen Stamm, dessen Genom gegenüber natürlich vorkommenden Varianten um ca. 15 Prozent verkleinert wurde, und der dennoch lebens- und fortpflanzungsfähig ist. Hierfür wurden zwei unterschiedliche E. coli Stämme verglichen, und diejenigen Gene entfernt, die kein Homolog im jeweils anderen Stamm haben und somit entbehrlich scheinen.[60]

Langzeitprojekt

Seit 1988 führt Richard Lenski ein Langzeitexperiment über die Evolution von E. coli durch. Jeden Tag werden die Kulturen in ein frisches Medium überimpft und tiefgefroren. So können neue besser angepasste Stämme wieder gegen ihre Vorfahren antreten und geprüft werden ob sie sich besser an ihre Erlenmeyerkolbenumgebung angepasst haben. Es werden parallel die Veränderungen im Genom ermittelt wobei die Innovationsrate kontinuierlich abnahm je besser sich die Kulturen anpasst hatten. Es wurden auch Parallelversuche mit Myxococcus xanthus gemacht, das E. coli jagt und frisst sowie Temperatur und Medium variiert. Unter konstanten Bedingungen ohne Fressfeinde und nur einem Zucker (Glucose) wurde dem Nährmedium auch Citrat zugegeben, obwohl E. coli dieses nicht verwerten kann. Im Jahr 2003 dominierte plötzlich eine Citrat verwertende Mutante, die nachweislich von der Ursprungskultur abstammte.[61]

Biotreibstoffe

Die Herstellung von Biotreibstoffen aus Proteinen ist mit genetisch veränderte E. coli, die drei exogene Transaminierungs- und Desaminierungszyklen enthalten, möglich. Die Proteine werden zunächst durch Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis, Mikroalgen (zur gleichzeitigen CO2-Fixierung) oder E. coli selbst hergestellt. Die Proteine könnten auch aus Abfällen von Fermentationen, Lebensmittelverarbeitung, und Bioethanolherstellung stammen. Anschließend werden die Hydrolysate in C4 und C5 Alkohole mit 56% der theoretischen Ausbeute umgewandelt. Der entstehende Stickstoff kann in Düngemittel umgewandelt werden.[62]

Durch Veränderungen im Stoffwechsel von E. coli können höhere Alkohole wie Isobutanol, 1-Butanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol und 2-Phenylethanol aus der C-Quelle Glucose produziert werden. Hierfür wird der hochaktive Biosyntheseweg für Aminosäuren verwendet und die 2-Ketosäureintermediate zur Alkoholsynthese verwendet. Verglichen mit dem klassischen Biotreibstoff Ethanol ist die höhere Energiedichte und die niedrige Hygroskopie hervorzuheben. Zudem haben verzweigtkettige Alkohole höhere Octanzahlen.[63]

ArcticExpress

Zwingt man E. coli zur Überexpression von heterologen Proteinen kann es zu Problemen bei der Proteinfaltung kommen. Es kommt zur Anhäufung fehlgefalteter und somit biologisch inaktiver Proteine (Einschlusskörperchen). Eine Strategie um die Ausbeute an löslichem Protein zu steigern ist die Kultivierung bei niedrigen Temperaturen. Hierfür koexprimiert man im mesophilen E. coli die Faltungshelferproteine (Chaperonine) Cpn10 and Cpn60 aus dem psychrophilen Bakterium Oleispira antarctica, die bei 4–12°C arbeiten. Zusätzlich werden Stämme angeboten, die weitere tRNAs besitzen um dem limitierenden Codon Bias bei der Translation DNA fremder Organismen in rekombidante Proteine entgegen zu wirken.[64]

XL1-Red

E. coli XL1-Red ist ein Stamm, der in der Molekularbiologie und Gentechnik zur ungerichteten Mutagenese genutzt wird. Durch Defekte im DNA-Reparaturmechanismus zeigt der Stamm eine 5000-fache Mutationsrate gegenüber dem Wildtyp jedoch auch eine deutlich geringere Wachstumsrate (Verdopplung alle 90 min. bei 37°C). Die Defekte im Reparaturmechanismus der DNA-Vervielfältigung gehen auf drei Mutationen der genomischen DNA zurück. Das Gen MutS enthält Mutationen der DNA-Mismatch-Reparaturproteine. Durch die Mutation erfolgt keine Fehlbasenreparatur nach der DNA-Replikation. MutD löst einen Defekt der 3'-5'-Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerase III aus. MutT ist für die Unfähigkeit zur Hydrolyse des Basenanalogons oxo-dGTP verantwortlich.[65] Zur Mutationsauslösung werden also weder Mutagene noch Karzinogene benötigt. Die Generierung von Genmutationen ist ein klassisches Mittel in der molekularbiologischen Forschung, um generelle oder Teilfunktionen des entsprechenden Gens zu charakterisieren.

Gentechnik

Die Kombination von ringförmiger separat in der Bakterienzelle vorliegender DNA, den sogenannten Plasmiden, mit der Entdeckung des Restriktionsenzyms EcoRI, das doppelsträngige DNA spezifisch schneidet und identische überstehende Enden zurücklässt, war die Geburtsstunde der Gentechnik. Um rekombinante DNA (künstlich hergestellte DNA) zu erhalten, wird bei einer typischen Klonierung zunächst das DNA-Fragment der Wahl und anschließend die plasmidische DNA eines so genannten Klonierungsvektors mit Restriktionsenzymen geschnitten. Durch eine Ligation werden die Enden des DNA-Fragmentes und des Plasmides zusammengefügt und anschließend in E. coli transformiert. Auf diese Weise können beispielsweise artfremde Gene in E. coli eingebracht werden, sodass dieses die auf der DNA codierten fremden Proteine synthetisieren kann.[66]

Moderne künstlich hergestellte Plasmide (Vektoren oder „Genfähren“) wie pUC19 enthalten zusätzliche Antibiotika-Resistenzgene um Bakterienzellen ohne einklonierte Plasmide auf Selektivnährböden abzutöten. Eine weitere Möglichkeit zur Selektion transformierter Kolonien ist das blue-white-screening. Das Gen lacZ codiert das Protein β-Galactosidase, welches in Anwesenheit von IPTG synthetisiert wird und das künstliche Glycosid X-Gal in einen blauen Farbstoff spaltet. Nicht-transformierte Zellen erscheinen also blau auf einen Nährboden mit X-Gal. Schneidet ein Restriktionsenzym innerhalb des lacZ-Gens und wird erfolgreich ein Fremdgen eingebracht, so wird die Sequenz zur Expression von β-Galactosidase dermaßen zerstört, dass keine α-Komplementation mehr möglich ist. Erfolgreich transformierte Zellen erscheinen also weiß. Das lacZ dient hierbei somit als Reportergen. Der Test funktioniert nur mit der Deletions-Mutante lacZΔM15 deren defekte β-Galactosidase auf die α-Komplementation angewiesen ist.[67]

Biotechnologie

Die erste kommerzielle biotechnologische Anwendung war die Produktion des menschlichen Hormons Somatostatin von der Firma Genentech mittels genetisch veränderten E. coli. Die großtechnische Herstellung von Insulin und Wachstumshormonen folgte kurz darauf.[66] Das derart hergestellte Insulinpräparat wird in der Behandlung von Diabetes mellitus eingesetzt. Hierfür ist E. coli besonders geeignet, da es zur Darmflora des Menschen gehört und so gut wie keine Allergien verursacht. Auch in der industriellen Herstellung von Aminosäuren, Interferon sowie weiterer Feinchemikalien, Enzyme und Arzneistoffe, werden gentechnisch veränderte E. coli Bakterien verwandt.[68] So wurden neun von 31 therapeutischen Proteinen, die im Zeitraum von 2003 bis 2006 eine Arzneimittelzulassung erhalten haben, in E. coli hergestellt.[69]

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