Allgemeine Charakteristik und Morphologie
Die Gattung Vibrio gehört zur Familie der Vibrionaceae. Es sind gramnegative Stäbchen von charakteristischer gebogener Form mit einer Größe von 1,4–5,0 × 0,3–1,3 µm. Sie bilden keine Sporen oder Kapseln, besitzen jedoch eine ausgeprägte Motilität aufgrund einer polar angeordneten Geißel (monotrich).
Vom Ernährungs-typ her sind Vibrionen chemoorganotroph mit oxidativem und fermentativem Stoffwechsel. Die Mehrzahl der Vertreter ist oxidasepositiv. Ein wichtiger biochemischer Marker der Gattung ist die Fähigkeit, Kohlenhydrate (Maltose, Mannose, Trehalose) ausschließlich zu Säure ohne Gasbildung zu fermentieren. Sie kommen überall vor: in Süß- und Salzwasserreservoirs sowie im Organismus von Hydrobionten.
Kulturelle Eigenschaften und Biochemie
Vibrionen sind fakultativ anaerob, bevorzugen jedoch aerobe Bedingungen. Sie sind an Nährmedien nicht allzu anspruchsvoll, für ihr Wachstum ist jedoch ein hoher pH-Wert (Optimum 8,5–9,0) und die Anwesenheit von Salzen kritisch.
- Anreicherungsmedium: 1%iges alkalisches Peptonwasser. Darin wachsen Vibrionen sehr schnell und bilden bereits nach 6–8 Stunden eine charakteristische Häutchenbildung an der Oberfläche.
- Differentialdiagnostisches Medium: TCBS-Agar (Thiosulfat-Citrat-Gallen-Saccharose-Agar). Auf diesem Medium bilden pathogene Vibrionen gelbe Kolonien, was auf die Saccharosefermentation zurückzuführen ist.
Biochemisch sind Vibrionen sehr aktiv: Sie produzieren Indol und Lysindecarboxylase, verflüssigen Gelatine (unter Bildung einer trichterförmigen Zone) und besitzen Nitratreduktase-Aktivität, produzieren jedoch keinen Schwefelwasserstoff.
Der Choleraerreger (Vibrio cholerae)
Die Cholera ist eine akute, besonders gefährliche Quarantäneinfektion, bei der der Dünndarm befallen wird, was zu einer schweren Störung des Wasser-Elektrolyt-Haushalts und zur Dehydration führt. Die Erreger sind die Serogruppen O1 und O139.
Innerhalb der Serogruppe O1 werden zwei Hauptbiovare unterschieden:
- Klassischer Biovar (V. cholerae classical) — wird durch Bakteriophagen der Gruppe IV lysiert.
- El-Tor-Biovar (V. cholerae El Tor) — ist resistent gegen Polymyxin, zeigt eine positive Voges-Proskauer-Reaktion, hämolysiert Schafserikrozyten und wird durch Bakteriophagen der Gruppe V lysiert.
Der Hauptvirulenzfaktor ist das Cholera-Enterotoxin (CT), das aus Untereinheiten A und B besteht. Die Untereinheit B bindet an Monosialogangliosid GM1 auf Darmzellen. Die Synthese des Toxins wird durch das Gen des Bakteriophagen CTX kodiert. Der Phage dringt dank toxinregulierter Pili (TCP) des Typs 4 in das Bakterium ein, die zudem für die Besiedlung der Darmmikrovilli und die Bildung von Biofilmen verantwortlich sind.
Halophile und nichthalophile Vibrionen
Neben dem Choleraerreger sind auch andere Vertreter der Gattung von medizinischer Bedeutung:
- Halophile Vibrionen (z. B. V. parahaemolyticus). Kommen im Meerwasser vor (optimale Salzkonzentration 2–3%). Werden alimentär durch thermisch nicht verarbeitete Meeresfrüchte übertragen und verursachen schwere Gastroenteritiden.
- Nichthalophile Vibrionen (V. cholerae non-O1/O139). Leben in Süßwasserreservoirs. Sie werden durch O1- und O139-Seren nicht agglutiniert, können jedoch thermolabile und thermostabile Toxine abgeben und sporadische Diarrhöen sowie sogar Systemerkrankungen bis hin zur Septikämie verursachen.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Was sind die Funktionen der Untereinheiten A und B des Cholera-Enterotoxins?
Die Untereinheiten des Cholera-Enterotoxins erfüllen bindende und enzymatische Funktionen.
- Untereinheit B — ist für die Bindung des gesamten Toxinmoleküls an den Rezeptor der Zielzelle (Monosialogangliosid GM1) verantwortlich und fixiert den Komplex an der Membran.
- Untereinheit A — ist der aktive Teil, der in das Enzym A1 und das Bindeglied A2 dissoziiert. Die Untereinheit A1 dringt in die Zelle ein, inaktiviert das Gs-Protein und versetzt das Enzym Adenylatcyclase in einen dauerhaft aktiven Zustand.
Wie ist die Antigenstruktur des Choleraerregers aufgebaut und welche Serovare werden innerhalb der Serogruppe O1 unterschieden?
Der Choleraerreger besitzt zwei Typen von Antigenen: das gattungsspezifische geißelige H-Antigen und das somatische O-Antigen. Die Choleraerreger gehören zu den Serogruppen O1 und O139. Innerhalb der Serogruppe O1 werden basierend auf der Kombination von Antigenuntereinheiten (A, B, C) drei Serovare unterschieden:
- Ogawa (Ogawa) — enthält die Fraktionen AB.
- Inaba (Inaba) — enthält die Fraktionen AC.
- Hikojima (Hikojima) — enthält die Fraktionen ABC.
Welche Aggressionsenzyme produziert der Choleraerreger neben dem Exotoxin?
Zusätzlich zum Exoenterotoxin sind in den Quellen für den Choleraerreger Neuraminidase, Hämolysine und proteolytische Eigenschaften angegeben.
- Neuraminidase — spaltet Neuraminsäure von GM1 ab und macht den Rezeptor für die Bindung an die B-Untereinheiten des Toxins zugänglich.
- Hämolysine und andere Faktoren — wirken synergistisch mit dem Exoenterotoxin; für den Biovar El-Tor ist die Fähigkeit zur Hämolyse von Schafserikrozyten angegeben.
- Proteolytische Eigenschaften — produziert Indol und Lysindecarboxylase, verflüssigt Gelatine.
Welche Arten halophiler Vibrionen rufen neben V. parahaemolyticus Erkrankungen beim Menschen hervor?
Neben Vibrio parahaemolyticus ruft eine Gruppe halophiler Vibrionen Septikämien und Wundinfektionen beim Menschen hervor:
- Vibrio vulnificus (Vibrio vulnificus) — verursacht Wundinfektionen und Primärsepsis (insbesondere bei Personen, die Meeresfrüchte verarbeiten, sowie bei Immunsupprimierten).
- Vibrio damsela (Vibrio damsela) — Erreger von Septikämien und Wundinfektionen.
- Vibrio alginolyticus (Vibrio alginolyticus) — verursacht ebenfalls Septikämien und Wundinfektionen.
Welche intrazelluläre Wirkungsweise hat das Choleratoxin auf Enterozyten?
Der intrazelluläre Wirkungsmechanismus des Choleratoxins beruht auf der Störung des Ionentransports durch Überaktivierung sekundärer Botenstoffe. Die in den Enterozyten eingedrungene Untereinheit A1 inaktiviert das Gs-Protein, wodurch das Enzym Adenylatcyclase in einen permanent aktiven Zustand versetzt wird. Dies bewirkt eine drastische Steigerung der cAMP-Synthese. Gleichzeitig wird die Synthese von cGMP unterdrückt. Infolgedessen wird in den Krypten eine verstärkte Sekretion von Chlorid- und Natriumionen in das Darmlumen ausgelöst, während in den Zotten deren Rückresorption blockiert wird. Dies erzeugt einen hohen osmotischen Druck, der zu einem massiven Wasseraustritt und zur Entwicklung einer sekretorischen Diarrhö führt.
Was sind die optimalen pH-Wert- und Temperaturwerte für die Kultivierung von Vibrio cholerae?
Die optimalen Bedingungen für die Kultivierung von Vibrio cholerae sind ein alkalisches Milieu und Körpertemperatur.
- Temperatur: Der optimale Wert liegt bei 37 °C.
- Säuregehalt (pH): Die optimalen Werte liegen im Bereich von 8,5–9,0 (der Erreger bevorzugt ein alkalisches Milieu).
Zur Anreicherung des Erregers wird 1 %iges alkalisches Peptonwasser als Selektivmedium verwendet.
Zur Merkeinprägung der Serovare von V. cholerae O1 anhand der Antigenfraktionen: Ogawa — AB, Inaba — AC, Hikojima — ABC (der längste Name enthält alle drei Buchstaben).
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Warum haben Kolonien von Vibrio cholerae auf TCBS-Agar eine gelbe Farbe?
Die gelbe Farbe der Kolonien ist auf die Fähigkeit des Vibrio zurückzuführen, die im differentialdiagnostischen Medium enthaltene Saccharose zu fermentieren.
Worin unterscheidet sich der Biovar El Tor grundsätzlich vom klassischen Biovar von Vibrio cholerae?
Der Biovar El Tor ist polymyxinresistent, kann Hühnererythrozyten agglutinieren, hälysiert Schafserythrozyten und wird von Phagen der Gruppe V lysiert, während der klassische Biovar von Phagen der Gruppe IV lysiert wird.
Welche Rolle spielen toxinregulierte Pili (TCP) bei Vibrio cholerae?
Sie sind für die Adhäsion an intestinale Mikrovilli verantwortlich, beteiligen sich an der Biofilmbildung und dienen als Rezeptoren für das Eindringen des Bakteriophagen CTX, der das Gen für das Choleratoxin trägt.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Wirkungsmechanismus und Struktur des Cholera-Enterotoxins (Untereinheiten A und B)
- Dissoziation von Vibrio-Kolonien (S- und R-Formen) in Abhängigkeit von der Temperatur
- Serologische Diagnostikmethoden der Cholera (IHA, ELISA)
- Pathogenitätsfaktoren nicht halophiler Vibrionen (Cytolysine, Hämolysine)
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