Allgemeine Bakteriologie

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1 Allgemeine Bakteriologie
Formen Färbbarkeit Lebensbedingungen

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3 Bakterienformen Kokken (Kugeln) Haufenförmig gelagert = Staphylokokken

4 Bakterienformen In Ketten gelagert = Streptokokken

5 Bakterienformen In Zweierform = Diplokokken

6 Bakterienformen Stäbchen, sie können dick,kurz,lang mit oder ohne Geißeln sein.

7 Bakterienformen Schrauben = Spirochäten

8 Färbemethoden Die Gram- Färbung ist die geläufige Routinefärbung
Sie erlaubt die Unterteilung der Bakterien in zwei große Gruppen Grampositive Bakterien (blau) Gramnegative Bakterien (rot)

9 Gramfärbung

10 Resultat Die Färbung gibt Aufschluss über die Struktur der Zellwand
Grampositve Bakterien besitzen eine dicke Zellwand aus Peptidoglykan (aus bis zu 40 Schichten und einer Dicke von nm) Gramnegative Bakterien besitzen eine dünne Zellwand aus wenigen Schichten Peptidoglykan (mit einer Dicke von nm)

11 Zellwandstruktur

12 Grampositive Bakterien
Sie besitzen eine sehr dicke Zellwand und eine zytoplasmatische Membran mit PBP(Penicillinbindeproteine) Sie besitzen Teichonsäuren und Lipoteichonsäuren, letztere sind wichtig bei der Interaktion der Bakterienzelle mit der Wirtszelle(z.B. Adhäsion der Bakterien an Epithelzellen).Sie lösen beim Menschen eine fieberhafte Reaktion aus und stellen somit ein exogenes Pyrogen dar.

13 Gramnegative Bakterien
Sie besitzen eine dünne Zellwand aber eine zusätzliche Außenmembran (Lipiddoppelschicht) mit eingelagerten Porinen, sowie eine zytoplasmatische Membran. Porine sind spezialisierte Proteinkanäle welche die Lipiddoppelschicht durchziehen und einen geregelten Stoffaustausch ermöglichen Besonderheit, diese Kanäle sind bei dem Erreger Pseudomonas aeruginosa sehr eng und selbst für Betalaktamantibiotika schwer zu passieren

14 Bakterienaufbau

15 Bakterienaufbau Bakterien sind Prokaryonten, sie besitzen keinen richtigen Zellkern. Geißeln, sie dienen der Beweglichkeit. Fimbrien, Pili sind notwendig für die Adhäsion an Schleimhautzellen. Sexpili sind für den Transfer von Plasmiden notwendig. Plasmide (extrachromosomale Gene) eine Bakterienzelle kann mehrere Kopien oder manchmal auch mehrere Plasmide besitzen. Durch Konjugation, bei der sich zwei Bakterienzellen aneinander lagern, kann Plasmid- DNA übertragen werden. Sind auf diesen Plasmiden Informationen über Antibiotikaresistenzen vorhanden, so können sich diese innerhalb einer Spezies und auch auf andere Arten ausbreiten.

16 Bakterienaufbau Ribosomen, sie dienen der Proteinbiosynthese und unterscheiden sich deutlich von menschlichen Ribosomen. Die Bakterien besitzen 70 S Ribosomen mit 30 S und 50 S Untereinheiten, die menschliche Zelle besitzt 80 S Ribosomen mit 40 S und 60 S Untereinheiten. Hierauf basiert die selektive Wirkung einiger Antibiotika(Aminoglykoside wirken auf die 30 S Untereinheiten).

17 Lebensbedingungen Die meisten Bakterien bevorzugen einen neutralen pH-Wert Aerobe Bakterien nutzen Sauerstoff als Akzeptor für Protonen Anaerobier nutzen organische Stoffe (Pyruvat,Laktat) als Protonenakzeptor Das Wachstumsoptimum pathogener Bakterien liegt bei 37 Grad Celsius Die Reduplikationsgeschwindigkeit der schnellwüchsigen Bakterien beträgt unter günstigen Bedingungen ca. 20 Minuten

18 Spezielle Bakteriologie
Pseudomonas (falsche Urkörperchen) gramnegative bewegliche aerobe Stäbchen Sie haben eine Größe von 0,5- 5,0 μm Sie werden unterteilt in Pseudomonas aeruginosa und Burkholderia cepacia

19 Spezielle Bakteriologie
Pseudomonas aeruginosa Er ist der Verursacher des blaugrünen Wundeiters Seine Nährstoffansprüche sind sehr bescheiden deshalb ist es der typische Nass- oder Pfützenkeim Er ist ein bedeutender Hospitalismuserreger

20 Spezielle Bakteriologie
P.aeruginosa besitz eine Reihe unverwechselbarer Eigenschaften Er wächst in Flüssigkeiten an der Oberfläche Er hat einen eindringlich süßlich- aromatischen Geruch Er bildet einen Farbstoff der die Nährlösung färbt (blaugrün)

21 Spezielle Bakteriologie
Typische Krankheiten sind: - Otitis externa (Schwimmbadbesuch) - postoperative Wundinfektionen(typischer Eiter) Infektionen der Respirationsorgane durch kontaminierte Inhalationsgeräte, Ultraschallvernebler, Klimaanlagen, Inkubatoren, Intubation u.ä. - Lungeninfekte bei CF, nicht selten mit Staph.aureus hartnäckige Harnwegsinfekte Endokarditiden und Septikämien bei Drogenabhängigen

22 Pathogenität P.aeruginosa, die Pathogenität dieses Erregers beruht auf das invasive Vorgehen mit ausgeprägten lokalen Entzündungen bis zur Sepsis und der Produktion von Endo- und Exotoxinen und zahlreichen Enzymen. Er besitzt eine Schleimschicht aus Alginat die die Vertreibung von der Epitheloberfläche verhindert Exotoxin A, führt zu Schäden in der Schleimhaut Bei chronischer Besiedelung können bakterielle Produkte in der Schleimhaut eine immunologisch induzierte Entzündung verursachen

23 Burkholderia cepacia Gramnegatives Stäbchen mit polaren Geißeln
Vorkommen in fließenden Gewässern, Fluss-Sedimenten, Verursacher der Zwiebelfäule auch im Nasentrakt opportunistischer Keim Verursacher von nosokomialen Infektionen, nekrotisierenden Pneumonien, Harnwegsinfekt, Enterocolitis, Meningitis, Wundinfektionen Fähigkeit zur Biofilmausbildung beschrieben 1949 von Walter Burkholder schützende Wirkung – kann antimikrobielle Stoffe produzieren, die Nutz-Pflanzen vor Pilzbefall schützen (geplant im Freilandversuch als Pflanzenschutzmittel einzusetzen) kann Herbizide verstoffwechseln, unschädlich machen

24 Staphylococcus aureus
grampositives Kugelbakterium (Micrococcacae) Vorkommen: Hautflora, Nasennebenhöhlen, Mandeln, Vagina, Analregion überlebt lange auf Kleidung, im Staub, in der Luft typischer Eitererreger (Furunkel, Karbunkel) verursacht auch tiefere systemische Prozesse (Endokarditis, Pneumonie, Otitis, Sepsis) Reservoir in Nasennebenhöhlen bei 30% der Gesunden endogene Infektion bei CF-Patienten auch normale Hautflora und Kolonisation in den Nebenhöhlen, wandert in unteren Respirationstrakt ein bei CF kann S. aureus eine chronische Lungeninfektion verursachen 3 Phasen der Erkrankung: Kolonisation, Gewebsschädigung, Persistenz typische Gram-Färbung zu sehen mit Haufen von kleinen kugelförmigen Bakterien endogene Infektion = Infektion entsteht aus Körper des Patienten selbst die meisten systemisch wirksamen AB haben keine ausreichende Wirkung auf die Nasenschleimhaut bzw. Nebenhöhlen bei CF kann S.aureus eine chronische Lungeninfektion verursachen, nicht aber bei gesunden Probanden oberflächlich (beispielsweise Furunkel, Karbunkel) aber auch schwere tiefe, systemische Prozesse (Osteomyelitis, Pneumonie, Endokarditis, Abszesse, Empyeme, Sepsis) mit hoher Letalität bedingen können. S. aureus kann verschiedene Toxine produzieren, die zu schweren Komplikationen/Erkrankungen führen

25 S. aureus - typischer Erreger von Furunkeln, Wundinfektionen

26 Staphylococcus aureus - Virulenzfaktoren
Kolonisation/Infektion wird durch folgende Faktoren begünstigt: Störung der mukoziliären Clearance, Bindung an Mukusbestandteile vorangegangene Virusinfektion (RSV), Bindung an virusinfizierte Epithelzellen Ausbildung einer Zuckerkapsel (Phagozytose, Penetration erschwert) Ausbildung von SCV (small colony variant) Ausbildung von MRSA Beta-Lactam-AB Resistenz Gene Pseudomonas bildet Schleimkapsel, nicht Zuckerkapsel, bei SA extrazelluläres Polysaccharid, wird ausgeschieden und umgibt Bakterium Kapselbildung, damit entziehen sich Bakterien der Phagozytose durch Immunzellen (Fresszellen, Makrophagen), außerdem wird das Durchdringen der Kapsel mit Substanzen (AB) erschwert

27 Wirkmechanismus der Antibiotika

28 Wirkqualität Bakterizid;
direkt tödlich für den Erreger, sie werden unterteilt in: - primär bakterizid, sie wirken auch gegen ruhende Keime (Aminoglykoside) - sekundär bakterizid, die nur bei proliferierenden Bakterienpopulationen zum Zuge kommen (Penicilline, Cephalosporine) Bakteriostatisch; sie unterdrücken das Wachstum der Keimpopulation, sie hält nur so lange vor, wie eine ausreichende Konzentration des Wirkstoffes am Wirkort vorhanden ist.

29 Antibiotika bakteriostatisch wirkende AB: Tetracycline Makrolide
Sulfonamide Chloramphenicol Fusidinsäure bakterizid wirkende AB: Penicilline Cephalosporine Fosfomycin Aminoglykoside Chinolone (Gyrasehemmer) Glycopeptide β-Lactame binden an das PBP (Penicillin-Binde-Protein, oder auch Transpeptidase). Dieses Protein ist zuständig für das Entstehen der Peptidbindungen in der Zellwand. Durch das inaktive PBPs entstehen beim Bakterienwachstum Löcher in der Zellwand und dies ist die Ursache für das Eindringen von Wasser. Nach gewisser Zeit platzt die Bakterienzelle. β-Lactame wirken bakterizid. Glycopeptide: Ihr Angriffsort ist auch die Zellwand, allerdings fügen sie sich direkt in die Struktur der Zellwand ein. Dadurch entstehen wieder Löcher und Wasser kann eindringen. Sind für den Einsatz gegen gram-positive Bakterien geeignet. Ihre Wirkungsweise ist bakterizid. Tetracycline wirken gegen gram-positive und gram-negative Bakterien. Tetracycline lagern sich an die 30 S-Ribosomenuntereinheit an und verhindern damit die Anlagerung der t- RNA. Dadurch können keine Proteine gebildet werden. Die Wirkungsweise ist bakteriostatisch. Der große Nachteil dieser AB, sie binden sich an Calciumionen, die sehr wichtig für Knochenaufbau bei Kindern und auch zuständig für die Festigkeit der Zähne sind. Wenn das Calciumion an das AB gebunden ist, kann es nicht mehr weiter vom Körper verwendet werden. Darum sollte bei Einnahme des AB keine Milch getrunken werden. Aminoglycosid-AB lagern sich auch an die 30s Ribosomen an, wobei aber die Proteinbiosynthese noch stattfindet. Es entstehen Nonsensproteine, die das Bakterium nicht nutzen kann und sogar den Aufbau der Zellwand schädigen. --> bakteriostatisch Makrolid-AB binden sich an die 50 S-Ribosomenuntereinheiten an. Die Anlagerung der m-RNA kann nicht mehr erfolgen. Daraus folgt: die Proteinbiosynthese kann nicht mehr stattfinden! Darum nennt mann sie auch Translationshemmer. --> bakteriostatisch Polypeptid-AB haben ihren Angriffsort in der Cytoplasma-membran. Die Kontrollmechanismen sind gestört, dadurch können unerwünschte/ schädliche Stoffe eindringen. Chinolone sind im Grunde genommen keine AB nach der alten Definition. Sie werden 100% synthetisch hergestellt, darum sind sie auch nicht biologisch abbaubar. Sie werden auch Gyrasehemmer genannt. Das Enzym DNA-Gyrase ist für das platzsparende Verdrillen der DNA- Stränge zuständig, aber auch dafür, während der Replikation die auftretenden Spannungen im DNA-Strang zu beseitigen. Durch die Gabe des AB wird dieses Enzym inaktiviert. Sulfonamide werden auch als Wachstumsfaktoranaloga bezeichnet. Dies liegt an ihrer Wirkungsweise. Sie stören die Folsäuresynthese. Weil Folsäure sehr wichtig für die Nucleinsäuresynthese ist, wird damit die Vermehrung der Bakterienzelle behindert.

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31 Wirkungsweise Störung der Zellwandsynthese
- keine Quervernetzung des Mureins(Peptidoglykans) - enzymatische Zerstörung des Mureins - Lyse der Zelle aufgrund des hohen osmotischen Druckes, bedingt durch die fehlerhafte Zellwand Betalaktamantibiotika: Peniciline, Cephalosporine, Carbapeneme, Monobactame Glykopeptidantibiotikum: Vancomycin

32 Wirkweise Störung der bakteriellen Proteinsynthese: Tetracycline
Makrolide Clindamycin Aminoglykoside

33 Wirkweise Störung der bakteriellen DNA- Struktur:
Chinolone(Gyrase Hemmer) Nitroimidazole Rifampicin

34 Wirkweise Störung der bakteriellen Folsäuresynthese: Sulfonamide
Trimethoprim

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37 Resistenz Eine Bakterienresistenz liegt vor, wenn Bakterien in Anwesenheit therapeutisch relevanter Konzentrationen eines Antibiotikums ihre Vermehrung nicht einstellen.

38 Ursachen für Resistenzen
Natürliche Resistenzen: natürliche,genetisch fixierte Eigenschaften des Bakteriums bieten keinen Angriffspunkt für das Antibiotikum z.B. Penicillin G wirkt nicht auf Gramnegative Bakterien, weil die Substanz die äußere Membran nicht überwinden kann Persister: in jeder Bakterienpopulation existieren gegen das Antibiotikum unempfindliche Individuen. Sie vermehren sich unter Antibiose aufgrund ihres Selektionsvorteils und werden dann zum Problem

39 Ursachen der Resistenz
Erworbene (übertragene,sekundäre) Resistenzen: Hier spielt der Austausch genetischen Materials zwischen einzelnen Bakterienzellen via Plasmide eine wichtige Rolle. Auf diese Weise können Keime Mehrfachresistenzen ausbilden

40 Ursachen der Resistenz
Induzierte Resistenz: Alle gramnegativen Stäbchen besitzen eine chromosomal kodierte Information für eine Betalaktamase (Enzym das den Ring der Betalaktamantibiotika spaltet). Unter einer Therapie mit solchen Stoffen, wenn diese z.B. unzureichend dosiert sind, können empfindliche Keime daraufhin ihr Verhalten (Resistenz) ändern.

41 Resistenzmechanismen
Die vier wichtigsten Mechanismen sind: Produktion antibiotikaabbauender Enzyme Ausbildung antibiotikaunempfindlicher Zielstrukturen Abriegelung der Zelle (Permeabilitätsbarriere) Mechanismen eingedrungene Antibiotika sofort wieder aus der Zelle herauszubefördern (aktiver Efflux)

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43 Antibiogramm/Resistenztestung
Kalkulierte Therapie: sie basiert auf Erfahrungen, oft werden Antibiotikakombinationen eingesetzt Gezielte Therapie: sie beruht auf einer klaren Diagnose und einem Antibiogramm. Hierzu wird die minimale Hemmkonzentration(MHK) im Nährmedium ermittelt. Die Bestimmung der MHK ergibt das exakte Maß für die Empfindlichkeit eines Erregers gegenüber einem bestimmten Präperat.

44 Antibiogramm/Resistenztestung
Diese exakten Werte kommen aber unter artefiziellen Bedingungen zustande. Für die praktische Beurteilung des Wertes eines Antibiotikums ist nicht allein die MHK, sondern die Tatsache wichtig, ob im Serum eines Menschen überhaupt ausreichende Wirkspiegel erreicht werden können.