Shigellae

Ruhr ist eine Infektionskrankheit, die durch allgemeine Vergiftung des Körpers, Durchfall und eine spezifische Läsion der Dickdarmschleimhaut gekennzeichnet ist. Es ist eine der häufigsten akuten Darmerkrankungen weltweit. Ruhr ist seit der Antike unter dem Namen "blutiger Durchfall" bekannt, aber ihre Natur erwies sich als anders. 1875 isolierte der russische Wissenschaftler FA Lesh die Amöbe Entamoeba histolytica aus einem Patienten mit blutigem Durchfall. In den folgenden 15 Jahren wurde die Unabhängigkeit dieser Krankheit festgestellt, für die der Name Amöbiasis erhalten blieb.

Die Erreger der Ruhr sind eine große Gruppe biologisch ähnlicher Bakterien, die in der Gattung Shigella zusammengefasst sind. Der Erreger wurde erstmals 1888 von A. Chantemes und F. Vidal entdeckt, 1891 von AV Grigoriev beschrieben und 1898 von K. Shiga anhand von Patientenserum bei 34 Patienten mit Ruhr identifiziert und damit die ätiologische Rolle dieses Bakteriums endgültig bewiesen. In den folgenden Jahren wurden jedoch weitere Erreger der Ruhr entdeckt: 1900 von S. Flexner, 1915 von K. Sonne, 1917 von K. Stutzer und K. Schmitz, 1932 von J. Boyd, 1934 von D. Large und 1943 von A. Sax.

Derzeit umfasst die Gattung Shigella mehr als 40 Serotypen. Alle sind kurze, unbewegliche, gramnegative Stäbchen, die weder Sporen noch Kapseln bilden und auf gewöhnlichen Nährmedien gut wachsen, nicht jedoch auf einem Hungermedium mit Citrat oder Malonat als einziger Kohlenstoffquelle. Sie bilden kein H2S und besitzen keine Urease; die Voges-Proskauer-Reaktion ist negativ. Sie fermentieren Glucose und einige andere Kohlenhydrate zu Säure ohne Gasbildung (mit Ausnahme einiger Biotypen von Shigella flexneri: S. manchester und S. newcastle). Sie fermentieren in der Regel keine Laktose (mit Ausnahme von Shigella Sonnei), kein Adonitol, kein Salicin und kein Inositol, verflüssigen keine Gelatine, bilden üblicherweise Katalase und besitzen keine Lysindecarboxylase und Phenylalanindeaminase. Der G+C-Gehalt in der DNA beträgt 49–53 Mol-%. Shigella sind fakultative Anaerobier, die optimale Wachstumstemperatur beträgt 37 °C, sie wachsen nicht bei Temperaturen über 45 °C, der optimale pH-Wert des Mediums beträgt 6,7–7,2. Kolonien auf dichtem Medium sind rund, konvex, durchscheinend, im Falle einer Dissoziation bilden sich raue Kolonien in R-Form. Das Wachstum auf MPB erfolgt in Form einer gleichmäßigen Trübung, raue Formen bilden ein Sediment. Frisch isolierte Kulturen von Shigella Sonnei bilden üblicherweise Kolonien zweier Art: kleine runde konvexe (Phase I), große flache (Phase II). Die Art der Kolonie hängt vom Vorhandensein (Phase I) oder Fehlen (Phase II) eines Plasmids mit mm 120 MD ab, das auch die Virulenz von Shigella Sonnei bestimmt.

Die internationale Klassifizierung der Shigellen basiert auf ihren biochemischen Eigenschaften (Mannitol-nicht-fermentierende, Mannitol-fermentierende, langsam Laktose-fermentierende Shigellen) und den Merkmalen ihrer Antigenstruktur.

Shigellen besitzen O-Antigene unterschiedlicher Spezifität: Sie sind für die Familie der Enterobacteriaceae typisch, sie sind gattungs-, spezies-, gruppen- und typspezifisch und sie besitzen K-Antigene. H-Antigene sind ihnen nicht zugeordnet.

Die Klassifizierung berücksichtigt nur gruppen- und typspezifische O-Antigene. Entsprechend diesen Merkmalen wird die Gattung Shigella in vier Untergruppen bzw. vier Arten unterteilt und umfasst 44 Serotypen. Untergruppe A (Art Shigella dysenteriae) umfasst Shigellen, die kein Mannitol fermentieren. Die Art umfasst 12 Serotypen (1–12). Jeder Serotyp hat sein eigenes typspezifisches Antigen; antigene Verbindungen zwischen Serotypen sowie zu anderen Shigellenarten sind schwach ausgeprägt. Untergruppe B (Art Shigella flexneri) umfasst Shigellen, die üblicherweise Mannitol fermentieren. Shigella dieser Art sind serologisch miteinander verwandt: Sie enthalten typspezifische Antigene (I-VI), durch die sie in Serotypen (1-6) unterteilt werden, und Gruppenantigene, die in jedem Serotyp in unterschiedlicher Zusammensetzung vorkommen und durch die die Serotypen in Subserotypen unterteilt werden. Außerdem enthält diese Art zwei antigene Varianten – X und Y, die keine Typantigene haben, sich aber in ihrem Satz an Gruppenantigenen unterscheiden. Serotyp S.flexneri 6 hat keine Subserotypen, wird aber durch die Fermentation von Glucose, Mannitol und Dulcitol in 3 biochemische Typen unterteilt.

Das Lipopolysaccharid-Antigen O enthält bei allen Shigella flexneri die Gruppenantigene 3, 4 als Hauptprimärstruktur; seine Synthese wird durch ein chromosomales Gen gesteuert, das in der Nähe des His-Locus lokalisiert ist. Die typspezifischen Antigene I, II, IV, V und die Gruppenantigene 6, 7, 8 sind das Ergebnis einer Modifikation der Antigene 3, 4 (Glykosylierung oder Acetylierung) und werden durch die Gene der entsprechenden konvertierenden Prophagen bestimmt, deren Integrationsort sich in der lac-pro-Region des Shigella-Chromosoms befindet.

Der neue Subserotyp S.flexneri 4 (IV:7, 8), der in den 1980er Jahren im Land auftauchte und weite Verbreitung fand, unterscheidet sich von den Subserotypen 4a (IV:3,4) und 4b (IV:3, 4, 6) und entstand aus der Variante S.flexneri Y (IV:3, 4) durch Lysogenisierung durch Umwandlung der Prophagen IV und 7, 8.

Die Untergruppe C (Shigella boydix-Arten) umfasst Shigellen, die üblicherweise Mannitol fermentieren. Die Mitglieder dieser Gruppe unterscheiden sich serologisch voneinander. Die antigene Bindung innerhalb der Art ist schwach. Die Art umfasst 18 Serotypen (1–18), jeder mit seinem eigenen Haupttyp-Antigen.

Die Untergruppe D (Shigella sonnei-Arten) umfasst Shigellen, die üblicherweise Mannitol fermentieren und in der Lage sind, langsam (nach 24 Stunden Inkubation und später) Laktose und Saccharose zu fermentieren. Die Art S. sonnei umfasst einen Serotyp, Kolonien der Phasen I und II besitzen jedoch eigene typspezifische Antigene. Für die intraspezifische Klassifizierung von Shigella sonnei wurden zwei Methoden vorgeschlagen:

• Sie werden entsprechend ihrer Fähigkeit, Maltose, Rhamnose und Xylose zu fermentieren, in 14 biochemische Typen und Untertypen unterteilt.
• Unterteilung in Phagentypen basierend auf der Empfindlichkeit gegenüber einer Reihe entsprechender Phagen.

Diese Typisierungsmethoden sind hauptsächlich epidemiologischer Natur. Zusätzlich werden Shigella Sonnei und Shigella Flexneri zum gleichen Zweck anhand ihrer Fähigkeit zur Synthese spezifischer Colicine (Colicin-Genotypisierung) und ihrer Sensitivität gegenüber bekannten Colicinen (Colicinotypisierung) typisiert. Um die von Shigella produzierten Colicintypen zu bestimmen, schlugen J. Abbott und R. Shannon Sets typischer Shigella- und Indikatorstämme vor. Um die Sensitivität von Shigella gegenüber bekannten Colicintypen zu bestimmen, wird das Set der Referenz-Colicinogen-Stämme von P. Frederick verwendet.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Shigella-Resistenz

Shigellen sind relativ resistent gegen Umwelteinflüsse. Sie überleben auf Baumwollgewebe und Papier 0–36 Tage, in getrockneten Exkrementen bis zu 4–5 Monate, im Boden bis zu 3–4 Monate, in Wasser 0,5–3 Monate, auf Obst und Gemüse bis zu 2 Wochen, in Milch und Milchprodukten bis zu mehreren Wochen; bei einer Temperatur von 60 °C sterben sie innerhalb von 15–20 Minuten ab. Sie reagieren empfindlich auf Chloraminlösungen, Aktivchlor und andere Desinfektionsmittel.

Pathogenitätsfaktoren von Shigella

Die wichtigste biologische Eigenschaft von Shigellen, die ihre Pathogenität bestimmt, ist die Fähigkeit, in Epithelzellen einzudringen, sich dort zu vermehren und deren Absterben zu verursachen. Dieser Effekt kann mittels Keratokonjunktivaltest (Einbringen einer Schlaufe Shigellenkultur (2-3 Milliarden Bakterien) unter das Unterlid eines Meerschweinchens führt zur Entwicklung einer serös-eitrigen Keratokonjunktivitis) sowie durch Infektion von Zellkulturen (zytotoxische Wirkung) oder Hühnerembryonen (deren Absterben) oder intranasaler Infektion von weißen Mäusen (Entwicklung einer Lungenentzündung) nachgewiesen werden. Die Hauptfaktoren der Shigellenpathogenität lassen sich in drei Gruppen einteilen:

• Faktoren, die die Interaktion mit dem Epithel der Schleimhaut bestimmen;
• Faktoren, die die Resistenz gegen humorale und zelluläre Abwehrmechanismen des Makroorganismus und die Fähigkeit der Shigellen zur Vermehrung in seinen Zellen gewährleisten;
• die Fähigkeit, Toxine und toxische Produkte zu produzieren, die die Entwicklung des pathologischen Prozesses selbst verursachen.

Die erste Gruppe umfasst Adhäsions- und Kolonisationsfaktoren: Ihre Rolle spielen Pili, äußere Membranproteine und LPS. Adhäsion und Kolonisation werden durch schleimzerstörende Enzyme gefördert – Neuraminidase, Hyaluronidase, Mucinase. Die zweite Gruppe umfasst Invasionsfaktoren, die das Eindringen von Shigellen in Enterozyten und ihre Vermehrung in diesen und in Makrophagen bei gleichzeitiger Manifestation einer zytotoxischen und (oder) enterotoxischen Wirkung fördern. Diese Eigenschaften werden durch die Gene des Plasmids mit mm 140 MD (es kodiert für die Synthese von äußeren Membranproteinen, die eine Invasion verursachen) und chromosomale Gene von Shigellen gesteuert: kcr A (verursacht Keratokonjunktivitis), cyt (verantwortlich für die Zellzerstörung) sowie weitere, noch nicht identifizierte Gene. Der Schutz von Shigellen vor Phagozytose wird durch das Oberflächen-K-Antigen, die Antigene 3,4 und Lipopolysaccharide gewährleistet. Darüber hinaus hat Lipid A des Shigella-Endotoxins eine immunsuppressive Wirkung: Es unterdrückt die Aktivität von Immungedächtniszellen.

Die dritte Gruppe von Pathogenitätsfaktoren umfasst Endotoxin und zwei Arten von Exotoxinen, die in Shigella gefunden werden - Shiga und Shiga-ähnliche Exotoxine (SLT-I und SLT-II), deren zytotoxische Eigenschaften bei S. dysenteriae am ausgeprägtesten sind. Shiga und Shiga-ähnliche Toxine wurden auch in anderen Serotypen von S. dysenteriae gefunden; sie werden auch von S. flexneri, S. sonnei, S. boydii, EHEC und einigen Salmonellen produziert. Die Synthese dieser Toxine wird durch die Tox-Gene konvertierender Phagen gesteuert. Enterotoxine vom Typ LT wurden in Shigella flexneri, sonnei und boydii gefunden. Die LT-Synthese wird in ihnen durch Plasmidgene gesteuert. Enterotoxin stimuliert die Aktivität der Adenylatcyclase und ist für die Entstehung von Durchfall verantwortlich. Shiga-Toxin oder Neurotoxin reagiert nicht mit dem Adenylatcyclase-System, sondern wirkt direkt zytotoxisch. Shiga- und Shiga-ähnliche Toxine (SLT-I und SLT-II) haben ein Molekulargewicht von 70 kDa und bestehen aus den Untereinheiten A und B (letztere aus 5 identischen kleinen Untereinheiten). Der Rezeptor für die Toxine ist ein Glykolipid der Zellmembran. Die Virulenz von Shigella sonnei hängt auch von einem Plasmid mit einem Molekulargewicht von 120 MDa ab. Es steuert die Synthese von etwa 40 Polypeptiden der äußeren Membran, von denen sieben mit Virulenz assoziiert sind. Shigella sonnei mit diesem Plasmid bilden Phase-I-Kolonien und sind virulent. Kulturen, die das Plasmid verloren haben, bilden Phase-II-Kolonien und sind ohne Virulenz. Plasmide mit einem Molekulargewicht von 120–140 MDa wurden in Shigella flexneri und Boyd gefunden. Shigella-Lipopolysaccharid ist ein starkes Endotoxin.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Postinfektiöse Immunität

Wie Beobachtungen an Affen gezeigt haben, bleibt nach einer Ruhr eine starke und relativ lang anhaltende Immunität bestehen. Sie wird durch antimikrobielle Antikörper, Antitoxine sowie eine erhöhte Aktivität von Makrophagen und T-Lymphozyten verursacht. Die lokale Immunität der Darmschleimhaut, vermittelt durch IgAs, spielt eine bedeutende Rolle. Die Immunität ist jedoch typspezifisch, eine starke Kreuzimmunität tritt nicht auf.

Epidemiologie der Ruhr

Die Infektionsquelle ist ausschließlich der Mensch. In der Natur erkranken keine Tiere an Ruhr. Unter experimentellen Bedingungen kann Ruhr nur bei Affen reproduziert werden. Die Infektion erfolgt fäkal-oral. Übertragungswege sind Wasser (vorherrschend bei Shigella flexneri), Nahrungsmittel, wobei Milch und Milchprodukte eine besonders wichtige Rolle spielen (vorherrschender Infektionsweg bei Shigella sonnei), und Kontakt im Haushalt, insbesondere bei der Art S. dysenteriae.

Ein Merkmal der Ruhrepidemiologie ist die Veränderung der Artenzusammensetzung der Erreger sowie der Sonne-Biotypen und Flexner-Serotypen in bestimmten Regionen. Beispielsweise machte S. dysenteriae 1 bis Ende der 1930er Jahre 30–40 % aller Ruhrfälle aus, danach trat dieser Serotyp immer seltener auf und verschwand fast vollständig. In den 1960er und 1980er Jahren tauchte S. dysenteriae jedoch erneut auf und verursachte eine Reihe von Epidemien, die zur Bildung von drei hyperendemischen Herden führten – in Mittelamerika, Zentralafrika und Südasien (Indien, Pakistan, Bangladesch und anderen Ländern). Die Gründe für die Veränderung der Artenzusammensetzung der Ruhrerreger hängen wahrscheinlich mit Veränderungen der kollektiven Immunität und Veränderungen der Eigenschaften der Ruhrbakterien zusammen. Insbesondere die Rückkehr von S. dysenteriae 1 und seine weite Verbreitung, die zur Bildung hyperendemischer Ruhrherde führte, ist mit der Aufnahme von Plasmiden verbunden, die eine multiple Arzneimittelresistenz und erhöhte Virulenz verursachten.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ]

Symptome einer Ruhr

Die Inkubationszeit der Ruhr beträgt 2-5 Tage, manchmal weniger als einen Tag. Die Bildung eines Infektionsherdes in der Schleimhaut des absteigenden Dickdarms (Sigmoid und Rektum), in den der Erreger der Ruhr eindringt, verläuft zyklisch: Adhäsion, Kolonisierung, Eindringen von Shigellen in das Zytoplasma von Enterozyten, deren intrazelluläre Vermehrung, Zerstörung und Abstoßung von Epithelzellen, Freisetzung von Krankheitserregern in das Darmlumen; danach beginnt ein weiterer Zyklus - Adhäsion, Kolonisierung usw. Die Intensität der Zyklen hängt von der Konzentration der Krankheitserreger in der parietalen Schicht der Schleimhaut ab. Infolge wiederholter Zyklen wächst der Entzündungsherd, die resultierenden Geschwüre verbinden sich und erhöhen die Exposition der Darmwand, wodurch Blut, schleimig-eitrige Klumpen und polymorphkernige Leukozyten im Kot erscheinen. Zytotoxine (SLT-I und SLT-II) verursachen Zellzerstörung, Enterotoxine Durchfall und Endotoxine allgemeine Intoxikation. Das klinische Bild der Ruhr wird maßgeblich durch die Art der vom Erreger produzierten Exotoxine, das Ausmaß seiner allergenen Wirkung und den Immunstatus des Körpers bestimmt. Viele Fragen der Pathogenese der Ruhr bleiben jedoch unklar, insbesondere: die Merkmale des Ruhrverlaufs bei Kindern der ersten beiden Lebensjahre, die Gründe für den Übergang von akuter zu chronischer Ruhr, die Bedeutung der Sensibilisierung, der Mechanismus der lokalen Immunität der Darmschleimhaut usw. Die typischsten klinischen Manifestationen der Ruhr sind Durchfall, häufiger Stuhldrang (in schweren Fällen bis zu 50 oder mehr Mal täglich), Tenesmus (schmerzhafte Krämpfe des Rektums) und allgemeine Intoxikation. Die Beschaffenheit des Stuhls wird durch das Ausmaß der Dickdarmschädigung bestimmt. Die schwerste Form der Ruhr wird durch S. dysenteriae 1 verursacht, die mildeste ist die Sonne-Ruhr.

Labordiagnostik der Ruhr

Die Hauptmethode ist bakteriologisch. Das Untersuchungsmaterial ist Kot. Das Schema zur Isolierung des Erregers: Aussaat auf differenzialdiagnostischem Endo- und Ploskirev-Medium (parallel auf dem Anreicherungsmedium mit anschließender Aussaat auf Endo- und Ploskirev-Medium) zur Isolierung isolierter Kolonien, Gewinnung einer Reinkultur, Untersuchung ihrer biochemischen Eigenschaften und unter Berücksichtigung dieser Identifizierung mittels polyvalenter und monovalenter diagnostischer Agglutinationsseren. Folgende kommerzielle Seren werden hergestellt:

Für Shigellen, die Mannitol nicht fermentieren:

• gegen S. dysenteriae 1 und 2 (polyvalent und monovalent),
• gegen S. dysenteriae 3-7 (polyvalent und monovalent),
• zu S. dysenteriae 8-12 (polyvalent und monovalent).

Gegen Shigella, das Mannitol fermentiert: gegen typische Antigene von S. flexneri I, II, III, IV, V, VI, gegen Gruppenantigene von S. flexneri 3, 4, 6, 7, 8 – polyvalent, gegen Antigene von S. boydii 1–18 (polyvalent und monovalent), gegen Antigene von S. sonnei Phase I, Phase II, gegen Antigene von S. flexneri I–VI + S. sonnei – polyvalent.

Zur schnellen Identifizierung von Shigella wird die folgende Methode empfohlen: Eine verdächtige Kolonie (laktosenegativ auf Endo-Medium) wird auf TSI-Medium (Triple Sugar Iron) – einen Dreizuckeragar (Glucose, Laktose, Saccharose) mit Eisen zur Bestimmung der H2S-Produktion – oder auf ein Medium, das Glucose, Laktose, Saccharose, Eisen und Harnstoff enthält, erneut ausgesät.

Jeder Organismus, der nach 4- bis 6-stündiger Inkubation Harnstoff abbaut, ist wahrscheinlich ein Proteus-Organismus und kann ausgeschlossen werden. Ein Organismus, der H,S produziert oder Urease aufweist oder auf der Schräge Säure produziert (Laktose oder Saccharose fermentiert), kann ausgeschlossen werden, obwohl Stämme, die H2S produzieren, als mögliche Mitglieder der Gattung Salmonella untersucht werden sollten. In allen anderen Fällen sollte die auf diesen Medien gewachsene Kultur untersucht und, falls sie Glucose fermentiert (Farbänderung in der Säule), in reiner Form isoliert werden. Gleichzeitig kann sie in einem Objektträger-Agglutinationstest mit geeigneten Antiseren gegen die Gattung Shigella untersucht werden. Bei Bedarf werden andere biochemische Tests durchgeführt, um die Zugehörigkeit zur Gattung Shigella zu bestätigen, und auch die Motilität wird untersucht.

Zum Nachweis von Antigenen im Blut (auch im CIC), Urin und Stuhl können folgende Methoden eingesetzt werden: RPGA, RSK, Koagglutinationsreaktion (im Urin und Stuhl), IFM, RAGA (im Blutserum). Diese Methoden sind hochwirksam, spezifisch und für eine Frühdiagnostik geeignet.

Zur serologischen Diagnostik können eingesetzt werden: RPGA mit entsprechenden Erythrozytendiagnostika, Immunfluoreszenzmethode (in indirekter Modifikation), Coombs-Methode (Bestimmung des Titers unvollständiger Antikörper). Ein Allergietest mit Dysenterin (einer Lösung von Proteinfraktionen von Shigella flexneri und sonnei) ist ebenfalls von diagnostischem Wert. Die Reaktion wird nach 24 Stunden berücksichtigt. Sie gilt als positiv bei Hyperämie und einem Infiltrat mit einem Durchmesser von 10–20 mm.

Behandlung von Ruhr

Das Hauptaugenmerk liegt auf der Wiederherstellung des normalen Wasser-Salz-Stoffwechsels, einer ausgewogenen Ernährung, Entgiftung und einer rationalen Antibiotikatherapie (unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des Erregers gegenüber Antibiotika). Eine gute Wirkung wird durch die frühzeitige Anwendung polyvalenter Ruhrbakteriophagen erzielt, insbesondere Tabletten mit einer Pektinbeschichtung, die den Phagen vor der Einwirkung von HCl-Magensaft schützt. Im Dünndarm löst sich Pektin auf, Phagen werden freigesetzt und entfalten ihre Wirkung. Zu prophylaktischen Zwecken sollte der Phage mindestens alle drei Tage (seine Überlebensdauer im Darm) verabreicht werden.

Spezifische Vorbeugung von Ruhr

Um eine künstliche Immunität gegen Ruhr zu erzeugen, wurden verschiedene Impfstoffe eingesetzt: aus abgetöteten Bakterien, Chemikalien und Alkohol. Diese Impfstoffe erwiesen sich jedoch alle als unwirksam und wurden eingestellt. Impfstoffe gegen Flexner-Ruhr wurden aus lebenden (mutierten, Streptomycin-abhängigen) Shigella Flexneri-Stämmen hergestellt; auch ribosomale Impfstoffe haben jedoch keine breite Anwendung gefunden. Daher bleibt das Problem der spezifischen Ruhrprävention ungelöst. Die wichtigsten Maßnahmen zur Bekämpfung von Ruhr sind die Verbesserung der Wasserversorgung und des Abwassersystems sowie die Gewährleistung strenger sanitärer und hygienischer Bedingungen in Lebensmittelbetrieben, insbesondere in der Milchindustrie, in Kindereinrichtungen, an öffentlichen Orten und bei der Aufrechterhaltung der persönlichen Hygiene.