Allgemeine Charakteristik und Morphologie
Die Familie zeichnet sich durch eine enorme Vielfalt aus und ist die artenreichste unter den pathogenen und opportunistisch pathogenen Bakterien. Hinsichtlich des GC-Gehalts der DNA ist die Familie äußerst heterogen: Es kommen Mikroorganismen mit einem niedrigen GC-Gehalt (38–42% bei Proteus und Providencia) sowie mit einem hohen GC-Gehalt (52–60% bei Klebsiella und Enterobacter) vor. Die Typusgattung Escherichia sowie Shigella und Salmonella nehmen mit 50–53% GC-Gehalt eine zentrale Position ein.
Enterobacteriaceae sind kleine bis mittelgroße gramnegative Stäbchen (1–5 × 0,4–0,8 µm). Sie bilden niemals Sporen, jedoch sind einige Gattungen in der Lage, eine schützende Polysaccharidkapsel zu synthetisieren. Viele Vertreter sind durch peritriche Flagellen beweglich, es kommen jedoch auch unbewegliche Arten vor.
Physiologie und biochemische Eigenschaften
Die Mehrheit der Enterobacteriaceae ist absolut anspruchslos bezüglich der Umweltbedingungen und wächst hervorragend auf einfachen Nährmedien. In Flüssigmedien verursachen sie eine diffuse Trübung, während sie auf festen Medien erhabene, glänzende Kolonien bilden (schleimig, falls eine Kapsel vorhanden ist). Die optimale Wachstumstemperatur liegt in der Regel bei 37 °C, mit Ausnahme der Gattung Yersinia, deren Vertreter bei niedrigeren Temperaturen die höchste Aktivität zeigen.
Hinsichtlich des Atmungstyps handelt es sich um fakultative Anaerobier, die Gärungs- und Atmungsmetabolismus kombinieren. Wichtigste Differenzierungsmerkmale der Familie sind eine negative Oxidase, eine positive Katalase und die Fähigkeit zur Nitratreduktion (Nitratreduktase).
Glukose wird unter Säurebildung fermentiert. Dieser Prozess verläuft über einen von zwei Wegen:
- Gemischter Typ: Es entstehen viele organische Säuren und gelegentlich Gas. Nachweis mittels Methylrot-Test.
- Butandiol-Typ: Endprodukte sind 2,3-Butandiol und Ethanol. Nachweis mittels Voges-Proskauer-Reaktion.
Pathogenitätsfaktoren
Die Synthese von Aggressionsfaktoren bei Enterobacteriaceae wird durch Gene kodiert, die auf speziellen „Pathogenitätsinseln“, Plasmiden oder im Genom von konvertierenden Bakteriophagen lokalisiert sind. Zu den Hauptfaktoren gehören:
- Endotoxin (somatisches O-Antigen) – ist bei allen Arten vorhanden und wird erst bei der Zerstörung der Bakterienwand freigesetzt.
- Exotoxine – thermostabile und thermolabile Enterotoxine sowie verschiedene Cytotoxine.
- Adhäsionsfaktoren – Typ-4-Pili und filamentöse Strukturen des Typ-III-Sekretionssystems (T3SS), die für die Anheftung an das Epithel unerlässlich sind.
- Aggressionsenzyme – DNase, Phosphatase, Neuraminidase.
- Kapsel – schützt den Mikroorganismus zuverlässig vor Phagozytose und der zerstörerischen Wirkung des Komplementsystems.
Typen der Interaktion mit dem Darmepithel
Der Infektionsmechanismus hängt davon ab, wie tief der Erreger in das Gewebe eindringt und ob er es schädigt:
- Oberflächlich ohne Schädigung: Bakterien (z. B. enterotoxigene Escherichia coli) vermehren sich direkt auf der Zelloberfläche, ohne die Darmarchitektur zu beeinträchtigen.
- Oberflächlich mit Schädigung: Mikroben zerstören Mikrovilli und rufen einen zytopathischen Effekt an der apikalen Oberfläche hervor (enteropathogene und enterohämorrhagische Escherichia coli).
- Invasiv mit Zytotoxizität: Bakterien dringen in die Zellen des Dickdarms ein, vermehren sich dort und verursachen den Tod von Enterozyten (Gattung Shigella, enteroinvasive Escherichia coli).
- Transzytose und systemische Ausbreitung: Erreger dringen durch M-Zellen in die Peyer-Plaques ein und vermehren sich anschließend innerhalb von Makrophagen (Gattungen Salmonella, Yersinia).
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche differentialdiagnostischen Nährmedien werden für die Aussaat von Stuhlproben bei Darminfektionen verwendet?
Für die Aussaat von Stuhlproben bei Darminfektionen werden lactosehaltige Differentialmedien und Selektivmedien verwendet.
- Endo-Agar und Levine-Agar – lactosehaltige Differentialmedien (Levine-Agar weist eine geringe Selektivität auf).
- Ploskirev-Agar – kombiniertes Medium mit geringer Selektivität.
- MacConkey-Agar und Desoxycholat-Agar – Medien mit geringer Selektivität.
- Salmonellen-Shigellen-Agar und Xylose-Lysin-Desoxycholat-Agar – mäßig selektive Medien.
- Wertheim-Sulfit-Agar [sic: Bismut-Sulfit-Agar] – hochselektives Kombinationsmedium.
Welche Antigene gehören zur antigenen Struktur der Enterobacteriaceae und welcher chemischen Natur sind sie?
Zur antigenen Struktur der Enterobacteriaceae gehören somatische, Flagellen-, Kapsel- und zusätzliche Antigene.
- O-Antigen – somatisch, bei allen Enterobacteriaceae vorhanden.
- H-Antigen – Flagellenantigen, kommt bei beweglichen Arten vor.
- K-Antigen – oberflächlich, Kapselantigen; von Polysaccharid-Natur.
- Zusätzliche Antigene – Typ-4-Pili und artspezifische Antigene.
Welche spezifischen Infektionskrankheiten werden durch Vertreter der Familie Enterobacteriaceae verursacht?
Vertreter der Familie Enterobacteriaceae verursachen ein breites Spektrum an Erkrankungen.
- Akute Darminfektionen – Salmonellosen, Escherichiosen und Shigellosen; Salmonellen verursachen zudem Typhus abdominalis.
- Yersiniosen – Pest (Yersinia pestis), Pseudotuberkulose (Yersinia pseudotuberculosis) und Yersiniose (Yersinia enterocolitica).
- Erkrankungen durch Subspezies von Klebsiella pneumoniae – klassische Pneumonie, Sepsis, Özaena und Rhinosklerom.
- Harnwegsinfektionen – bei Infektionen durch Proteus begünstigt die Urease die Bildung von Nierensteinen.
- Nosokomiale Infektionen – verursacht durch opportunistische Gattungen wie Klebsiella, Proteus, Providencia und Serratia; klinische Formen umfassen Lebensmittelvergiftungen, Infektionen des Respirationstrakts und Harnwegsinfektionen.
Zur Einprägung der Basisantigene der Enterobacteriaceae dient eine einfache Eselsbrücke: O = Basis (somatisch), H = Beinchen (Flagellen), K = Kapuze/Kokon (Kapsel).
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Wie erfolgt die mikrobiologische Diagnostik von Infektionen, die durch Enterobakterien verursacht werden?
Die Hauptmethode ist bakteriologischer Natur. In der fieberhaften Phase (erste Woche) wird Blut in Gallonbouillon beimpft, um eine Hämokultur zu gewinnen. Ab der zweiten Woche dienen Stuhl, Urin oder Galle als Untersuchungsmaterial.
Worin besteht das epidemiologische Typing von Kulturen?
Zur Suche nach der Infektionsquelle wird die Phagen typisierung eingesetzt – die Behandlung des isolierten Stamms mit spezifischen Bakteriophagen (z. B. Vi-Phagen für Salmonellen).
Worauf basieren die In-vitro- und Gattungsklassifikation von Enterobakterien?
Das Hauptkriterium ist die biochemische Aktivität. Bewertet werden die Fähigkeit zur Kohlenhydratfermentation (Lactose, Sucrose), der Harnstoffabbau, die Produktion von Indol und Schwefelwasserstoff sowie die Citratverwertung.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Besonderheiten der Gattung Klebsiella: Temperaturabhängigkeit der Motilität und bipolare Färbung
- Funktionsprinzipien des Typ-III-Sekretionssystems (T3SS) bei Enterobacteriaceae
- Endo-, Ploskirev- und Bismut-Sulfit-Agar: Mechanismus der Differenzierung
- Rolle opportunistischer Enterobacteriaceae (Proteus, Providencia, Serratia) bei der Entwicklung nosokomialer Infektionen
- Besonderheiten der Kultivierung von Klebsiella granulomatis (Verwendung des Dottersacks)
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