Der Milzbranderreger

Milzbrand ist eine akute Infektionskrankheit von Menschen und Tieren (Haus- und Wildtieren).

Der russische Name der Krankheit wurde von SS Andrievsky im Zusammenhang mit einer großen Epidemie im Ural Ende des 18. Jahrhunderts vergeben. 1788 bewies er mit einem heroischen Selbstinfektionsexperiment die Identität von Milzbrand bei Mensch und Tier und bestätigte schließlich dessen nosologische Unabhängigkeit. Der Erreger – Bacillus anthracis – wurde wiederholt von verschiedenen Autoren beschrieben (Pollender A., 1849; Dalen K., 1850; Braun F., 1854), seine ätiologische Rolle wurde jedoch endgültig von R. Koch (1876) und L. Pasteur (1881) geklärt.

B. anthracis (Gattung Bacillus) gehört zur Familie der Bacillaceae (Klasse Bacilli). Es handelt sich um ein großes Stäbchen von 5–8, manchmal bis zu 10 µm Länge und 1,0–1,5 µm Durchmesser. Die Enden lebender Stäbchen sind leicht abgerundet, während die Enden toter Stäbchen abgeschnitten und leicht konkav sind. Stäbchen in Ausstrichen sind paarweise und sehr oft in Ketten angeordnet, besonders lange Stäbchen auf Nährmedien, und ähneln einem Bambusrohr. Das Anthrax-Stäbchen lässt sich gut mit allen Anilinfarbstoffen anfärben und ist grampositiv. Es besitzt keine Geißeln und bildet Sporen, allerdings nur außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers in Gegenwart von Sauerstoff und einer gewissen Feuchtigkeit. Die optimale Temperatur für die Sporulation beträgt 30–35 °C (Sporenbildung findet nicht unter 12 °C und über 43 °C statt). Die Sporen befinden sich zentral, ihr Durchmesser überschreitet nicht den Durchmesser der Bakterienzelle. Zur Sporenbildung kommt es, wenn Bakterien einen Mangel an Energiequellen, Aminosäuren oder Basen haben. Da diese Nährstoffe für Bakterien im Blut und Gewebe vorhanden sind, findet im Körper keine Sporulation statt. Der Milzbranderreger bildet eine Kapsel, allerdings nur im Körper von Tieren oder Menschen; auf Nährmedien (auf Medien, die Blut oder Serum enthalten) wird dies selten beobachtet. Die Einkapselung pathogener Bakterien ist ein Schutzmechanismus. Sie wird durch im Blut und Gewebe enthaltene Faktoren herbeigeführt, daher bilden sich Kapseln, wenn sich die Bakterien im Körper befinden oder auf Medien mit Blut, Plasma oder Serum gezüchtet werden. Der G+C-Gehalt in der DNA variiert zwischen 32 und 62 Mol-% (für die Gattung als Ganzes).

Der Erreger von Milzbrand ist aerob oder fakultativ anaerob. Die optimale Wachstumstemperatur beträgt 37–38 °C, der pH-Wert des Mediums 7,2–7,6. Er stellt keine Ansprüche an das Nährmedium. Auf dichtem Medium bildet er charakteristische große, matte, raue Kolonien der R-Form. Die Struktur der Kolonien aufgrund der kettenförmigen Anordnung der Stäbchen, die vom Zentrum aus Fäden bilden, ähnelt Locken oder einer Löwenmähne (Abb. 98). Auf penicillinhaltigem Agar (0,05–0,5 U/ml) zerfallen die Bazillen nach 3-stündigem Wachstum in einzelne, kettenförmig angeordnete Kugeln, wodurch das Phänomen einer „Perlenkette“ entsteht. In der Brühe wächst das Stäbchen in R-Form am Boden und bildet ein Sediment in Form eines Watteklumpens, während die Brühe durchsichtig bleibt. B. anthracis ist in der R-Form virulent und verliert seine Virulenz beim Übergang in die S-Form. Solche Stäbchen bilden runde, glatte Kolonien mit glatten Rändern auf dichtem Medium und gleichmäßiger Trübung in der Brühe. In diesem Fall verlieren die Stäbchen ihre Fähigkeit, sich in Ausstrichen kettenförmig anzuordnen und nehmen das Aussehen von Kokkobakterien an, die in Clustern angeordnet sind.

B. anthracis ist biochemisch sehr aktiv: Es fermentiert Glucose, Saccharose, Maltose, Trehalose unter Bildung von Säure ohne Gasbildung, bildet H2S, lässt Milch gerinnen und peptonisiert sie, ist Katalase-positiv und besitzt Nitratreduktase. Bei der Aussaat durch Injektion in eine Säule aus 10–12 % Fleisch-Pepton-Gelatine kommt es zu deren schichtweiser Verflüssigung.

Um B. anthracis von anderen Bacillus-Arten zu unterscheiden, wird eine Reihe von Merkmalen verwendet.

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Antigene Struktur des Milzbranderregers

Der Milzbranderreger besitzt somatische Antigene und ein Kapselantigen proteinartigen Ursprungs (bestehend aus D-Glutaminsäure), das hauptsächlich im Körper von Tieren und Menschen gebildet wird. Das somatische Antigen polysaccharidischer Natur ist hitzestabil und bleibt in der Umwelt und in Tierleichen lange erhalten. Die diagnostische Ascoli-Thermopräzipitation basiert auf seinem Nachweis. Auch der Milzbrandbazillus besitzt Antigene, die der Gattung Bacillus gemein sind.

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Pathogenitätsfaktoren des Milzbranderregers

Der wichtigste Virulenzfaktor des Milzbrandbazillus ist die Kapsel. Der Verlust der Kapsel führt zum Verlust der Virulenz. Die Kapsel schützt B. anthracis vor Phagozytose. Ein weiterer wichtiger Virulenzfaktor, der für den Tod von Tieren verantwortlich ist, ist ein komplexes Toxin, das drei verschiedene Komponenten enthält: Faktor I, bestehend aus Protein und Kohlenhydraten, sowie zwei rein proteinbasierte Faktoren (Faktor II und III). Die Synthese des komplexen Toxins wird durch das pXOl-Plasmid mit mm 110-114 MD gesteuert. Das pXOl-Plasmid enthält drei Gene, die die Synthese der Hauptkomponenten des Exotoxins bestimmen:

• Gen cua – Ödemfaktor (EF);
• pag-Gen – Schutzantigen (PA);
• lef-Gen – Letalfaktor (LF).

Das Produkt des cua (OF)-Gens ist die Adenylatcyclase, die die Akkumulation von cAMP in eukaryotischen Zellen katalysiert. Der Ödemfaktor bewirkt eine erhöhte Gefäßpermeabilität.

Das schützende Antigen induziert die Synthese schützender Antikörper (am immunogensten ist jedoch der Komplex aller drei Komponenten des neutralisierten Toxins), der Letalfaktor führt zum Tod der Tiere. Alle drei Komponenten des Toxins wirken synergistisch. Die Synthese der Anthraxkapsel wird ebenfalls durch das Plasmid рХ02 mit mm 60 MD gesteuert.

Resistenz von B. anthracis

In seiner vegetativen Form ist der Milzbranderreger genauso resistent gegen Umwelteinflüsse und Chemikalien wie andere nicht sporenbildende Bakterien – bei Temperaturen über 75 °C stirbt er innerhalb von 5–10 Minuten, in Tierkadavern unter der Einwirkung von Abfallprodukten fäulniserregender Bakterien innerhalb weniger Tage. Die Sporen des Milzbrandbazillus sind äußerst stabil: Im Boden überleben sie Jahrzehnte, im Wasser mehrere Jahre, unter direkter Sonneneinstrahlung sterben sie nach 20 oder mehr Tagen ab, beim Kochen vernichten sie sich innerhalb von 45–60 Minuten, beim Autoklavieren bei 110 °C in 5 Minuten, trockener Hitze (140 °C) können sie bis zu 3 Stunden standhalten. In Wolle und Häuten von Tieren, die zu verschiedenen Gerbzwecken verwendet werden, sowie in gepökeltem Fleisch überleben die Sporen lange.

Epidemiologie von Milzbrand

Die Hauptquelle von Milzbrand sind kranke Pflanzenfresser. Während der gesamten Krankheitsdauer scheiden sie den Erreger mit Urin, Kot und Speichel in den Boden aus und infizieren ihn. Daher wird der Boden, besonders reich an organischer Substanz, zu einem zusätzlichen Reservoir des Erregers. Tiere infizieren sich hauptsächlich über den Nahrungsweg (durch mit Sporen kontaminierte Nahrung und Trinkwasser), seltener durch Übertragung durch Bisse von Fliegen, Zecken und Bremsen, die den Erreger von kranken Tieren, Leichen und infizierten Gegenständen der äußeren Umgebung übertragen; sehr selten durch die Luft. Der Erreger wird nicht durch direkten Kontakt von einem kranken auf ein gesundes Tier übertragen.

Menschen infizieren sich mit Milzbrand durch direkten Kontakt mit Tierkadavern, beim Zerlegen von Kadavern gewaltsam getöteter Tiere, bei der Pflege kranker Tiere, beim Verzehr von Fleisch oder Fleischprodukten kranker Tiere sowie durch Kontakt mit Wolle, Fellen, Leder oder Borsten, die mit dem Erreger oder seinen Sporen infiziert sind. Eine Ansteckung eines gesunden Menschen durch einen kranken Menschen ist äußerst selten.

Eintrittspforten für die Infektion sind Haut und Schleimhäute des Darms und der Atemwege. Je nach Eintrittspforte tritt Milzbrand beim Menschen als kutane (am häufigsten, bis zu 98 % aller Erkrankungsfälle), intestinale oder pulmonale Form auf. Die Inkubationszeit variiert von mehreren Stunden bis zu 6-8 Tagen, am häufigsten 2-3 Tage. Die kutane Form manifestiert sich in Form eines Milzbrandkarbunkels, der meist an offenen Körperstellen (Gesicht, Hals, obere Gliedmaßen) lokalisiert ist, seltener an mit Kleidung bedeckten Körperstellen. Ein Karbunkel ist eine Art hämorrhagischer Nekroseherd, an dessen Spitze sich ein Bläschen mit serös-blutigem Inhalt oder ein dichter schwarzbrauner Schorf bildet. Die Haut und das Unterhautgewebe des Karbunkels und seiner Umgebung sind ödematös und mit serös-blutigem Exsudat gesättigt, Eiterung und Abszesse werden jedoch normalerweise nicht beobachtet. In entzündeten Geweben und Exsudat befindet sich eine große Anzahl von Bazillen, die von einer Kapsel umgeben sind.

Bei der intestinalen Form kommt es zu einer allgemeinen Intoxikation mit katarrhalischen und hämorrhagischen Manifestationen aus dem Magen-Darm-Trakt (Übelkeit, blutiges Erbrechen, blutiger Durchfall, Bauch- und Rückenschmerzen). Die Krankheit dauert 2-4 Tage und endet meist tödlich.

Die pulmonale Form von Milzbrand ist äußerst selten und verläuft als Bronchopneumonie mit schwerer allgemeiner Intoxikation, Brustschmerzen, allgemeinem Unwohlsein, hohem Fieber, Husten mit zunächst schleimigem, später blutigem Auswurf. Der Tod tritt am 2.–3. Tag ein. In der Regel gehen alle Formen von Milzbrand mit hohem Fieber (39–40 °C) einher. Die schwerste Form von Milzbrand ist die septische Form, die entweder primär oder die Folge einer Komplikation einer anderen Form der Erkrankung sein kann. Sie ist durch eine Fülle von hämorrhagischen Manifestationen und das Vorhandensein großer Mengen des Erregers im Blut, der Zerebrospinalflüssigkeit und in mehreren Organen der erkrankten Person gekennzeichnet. Milzbranderkrankungen beim Menschen sind sporadisch.

Die postinfektiöse Immunität ist mit dem Auftreten von Antitoxinen und antimikrobiellen (schützenden) Antikörpern verbunden.

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Labordiagnostik von Milzbrand

Als Untersuchungsmaterial dienen: bei kutaner Form der Inhalt von Bläschen, Ausfluss aus Karbunkel oder Geschwür; bei intestinaler Form Kot und Urin; bei pulmonaler Form Auswurf; bei septischer Form Blut. Verschiedene Umweltobjekte (Boden, Wasser), Lebensmittel, Rohstoffe tierischen Ursprungs und andere Materialien können untersucht werden. Zum Nachweis des Erregers wird eine bakterioskopische Methode verwendet: Nachweis von grampositiven Stäbchen, die von einer Kapsel umgeben sind (in Material von Tieren oder Menschen) oder Sporen enthalten (Umweltobjekte). Die wichtigste diagnostische Methode ist die bakteriologische: Isolierung einer Reinkultur und deren Identifizierung mit obligatorischer Prüfung auf Pathogenität bei Labortieren. In Fällen, in denen das Untersuchungsmaterial stark mit begleitender, insbesondere fäulniserregender Mikroflora kontaminiert ist, wird ein biologischer Test verwendet: Weiße Mäuse oder Meerschweinchen werden subkutan infiziert. In Gegenwart von B. anthracis sterben Mäuse und Meerschweinchen innerhalb von 24–26 Stunden, Kaninchen innerhalb von 2–3 Tagen mit Anzeichen einer allgemeinen Sepsis. Die Milz ist stark vergrößert, an der Injektionsstelle des Materials befindet sich ein Infiltrat. In Blut- und Organausstrichen finden sich Kapselstäbchen.

Unter den serologischen Reaktionen wird die Ascoli-Thermopräzipitationsreaktion hauptsächlich zu diagnostischen Zwecken eingesetzt. Sie wird in Fällen eingesetzt, in denen die Isolierung einer Reinkultur des Erregers schwierig ist (insbesondere bei der Untersuchung von Wolle, Häuten, Borsten und anderen Gegenständen). Die Ascoli-Reaktion basiert auf dem Nachweis thermostabiler Antigene des Erregers, die deutlich länger erhalten bleiben als lebensfähige vegetative Zellen und Sporen des Milzbrandbazillus. Zur retrospektiven Diagnostik von Milzbrand wird ein Allergietest mit Anthraxin eingesetzt.

Behandlung von Milzbrand

Die Behandlung von Milzbrand ist komplex. Ziel ist die Neutralisierung des Toxins und des Erregers: Es werden Anti-Milzbrand-Immunglobuline und Antibiotika (Penicilline, Tetracycline, Erythromycin usw.) eingesetzt.

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Spezifische Prophylaxe von Milzbrand

Der erste Impfstoff gegen Milzbrand wurde 1881 von L. Pasteur entwickelt, in Russland 1883 von L. S. Tsenkovsky aus abgeschwächten Stämmen von B. anthracis. Derzeit wird in Russland ein lebender, sporenfreier, kapselfreier Impfstoff (STI) zur Milzbrandprophylaxe bei Mensch und Tier eingesetzt. Er wird aus einem avirulenten Stamm des Milzbrandbazillus hergestellt. Der Impfstoff gegen Milzbrand ist hochwirksam. Die Impfung erfolgt einmalig kutan oder intradermal bei Personen, die aufgrund ihrer beruflichen Tätigkeit mit Milzbrand infiziert sein können. Eine Auffrischungsimpfung erfolgt nach einem Jahr.