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Bakterientoxine

Bakterientoxine

Definition
Bakterien sind Prokaryonten mit relativ einfachen Zellstrukturen, die keine subzellulären Kompartimentierungen aufweisen. Ihre Beschreibung erfolgt nach morphologischen und biochemisch-physiologischen Charakteristika. Bakterien können zumeist auf Nährböden gezüchtet werden und sie vermehren sich durch Zweiteilung. Die Mehrheit der Bakterien lebt heterotroph, jedoch besitzen einige die Fähigkeit Licht als Energiequelle zum Wachsen zu nutzen; man nennt diese photoautotroph.

Bakterien werden gemäß internationaler Konventionen eingeteilt nach

  • ihrer mikroskopisch bestimmbaren Gestalt,
  • der Färbbarkeit nach Gram und
  • anaerobem oder aerobem Wachstum.
Abb.1
Bacillus megaterium, ein sehr großes Bakterium
Institut für Technische Chemie, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Bakterien weisen die unterschiedlichsten Größen und Formen auf, z.B. runde (Cocci), Stäbchen (Bacilli) oder Spiralen (Spirillaceae). Die Form eines Bakteriums wird durch die Flexibilität der Zellwand bestimmt.

Die photoautotrophen Bakterien werden unterteilt in anoxygene und oxygene Spezies. Zu ersteren gehören schwefelhaltige (z.B. Chromatiaceae) und schwefelfreie Purpurbakterien (z.B. Rhodospirillaceae) sowie Grüne Schwefelbakterien (z.B. Chlorobiaceae). Sie kommen im Meer- und Süßwasser vor. Sie weisen eine charakteristische Eigenfarbe auf, die von den photosynthetischen Pigmenten, wie Bakteriochlorophyllen und Carotenoiden, herrührt.Cyanobakterien sind in der Lage, lichtinduziert Wasser zu spalten und molekularen Sauerstoff freizusetzen. Ihre blaugrün-violette Farbe verdanken sie ebenfalls den Photosynthese-Chromophoren, wie Chlorophyllen und Phycobilinen. Dabei werden die gelb-orange-rot gefärbten Carotinoide überdeckt.

Gemeinsames morphologisches Merkmal der photoautotrophen Bakterien gegenüber allen übrigen ist u.a., dass sie intracytoplasmatische Membranen aufweisen, die höchstwahrscheinlich durch Einstülpungen aus der Plasmamembran entstanden sind. Diese so genannten Chromatophoren (bei anoxygenen) oder Thylakoid-Membranen (bei oxygenen) können vesikuläre, tubuläre oder lamellare Form einnehmen und sie beherbergen die molekularen Komponenten der photosynthetischen Elektronentransportkette.

Unter bestimmten Bedingungen können manche Bakterien, wie Bacillus anthracis, Sporen ausbilden, die gegen z.T. extreme Umweltbedingungen wie Kälte, Hitze, Trockenheit, chemische Behandlung oder Bestrahlung resistenter sind als die vegetativen Formen. Viele Bakterien können in Tieren und beim Menschen Krankheiten hervorrufen, indem sie in deren Gewebe bzw. in Zellen eindringen und dort in den Zellstoffwechsel eingreifen. Andere produzieren Toxine, die von anderen Organismen aufgenommen werden. Viele schädliche (pathogene) Bakterien verwenden beide Mechanismen.

Bei einigen Erkrankungen stellen Bakterientoxine die entscheidenden auslösenden Faktoren dar, so beispielsweise bei der Cholera oder der Diphtherie. Bakterielle Toxine werden eingeteilt in Endotoxine und Exotoxine. In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele zusammengefasst.

Tab.1
Bakterielle Toxine, verursachender Mikroorganismus, Toxin und Wirkungsmechanismus sowie Therapiemöglichkeit
Bakteriell verursachte KrankheitVerursachender Mikroorganismus auslösendes Agens / WirkungsortBehandlung / Impfstoffe national / international verfügbar
Anthrax (Synonym: Milzbrand) Bacillus anthracis drei Polypeptid-Toxine: protektives Antigen (PA), Lethalfaktor (LF) und Endemafaktormit Antibiotika: Haut: Penicillin; Lunge und Darm: Ciprofloxacin; Doxycyclin
Botulismus Clostridium botulinum Botulinus-Toxin, Proteine A (Toxin-Spezifität) und B / Neurotoxin, inhibiert die neuronale Erregungsübertragung an der neuromuskulären EndplatteNeostigmin; Botulinus-Antitoxin (hohe Nebenwirkungsrate) / Impfstoff vorhanden
Rotz Burkholderia mallei, Burkholderia pseudomallei Toxin(e) bislang noch nicht eindeutig geklärtmit Antibiotika: Ceftazidim + Trimethoprim + Sulfamethoxazol / kein Impfstoff verfügbar
Pest (Beulenpest; Lungenpest, Pest-Sepsis) Yersinia pestis Murin-Toxin (Atmungskettenblocker); Endotoxin (stark immunogen); tccC2 Genprodukt; tcaC1 Genprodukt; y3333-Genprodukt (RTX-Toxin)Prophylaxe: Ciprofloxacin oder Doxycyclin; akut mit folgenden Antibiotika: Gentamycin oder Streptomycin; Chloramphenicol; Doxycyclin; Co-Trimoxazol / Impfstoffe vorhanden, Lebendvakzine umstritten wegen Virulenz
Q (engl. query) -Fieber Coxiella burnetii Toxin(e) bislang noch nicht eindeutig geklärt, atypische Pneumonien; Endokarditis (selten)mit Antibitika: Doxycyclin zuzüglich Rifampicin oder Chloroquin / Impfstoff vorhanden
Tularämie (Synonyma: Hasenpest, Nagerpest, Lemmingfieber) Francisella tularensis Toxin(e) ist/sind noch nicht eindeutig bestimmt; Lymphadenitis; Pneumoniemit Antibiotika: Streptomycin, alternativ Gentamycin, prophylaktisch: Doxycyclin oder Tetracyclin / Impfstoff ist in der Entwicklung
Cholera Vibrio cholerae Cholera-Toxin (aus sieben Untereinheiten bestehendes Oligomer) / Eingriff in Signaltransduktionskette; kontinuierliche Aktivierung der Adenylat-Cyclase nach WHO Gabe von salzhaltiger Glucose-Lsg. (20 g Glucose, 2,5 g NaHCO3, 3,5 g NaCl, 1,5 g KCl pro Liter) unterstützt durch Antibiotika-Gabe: Co-Trimoxazol, bei Resistenzen Doxycyclin oder Ciprofloxacin / Impfstoffe vorhanden
Typhus Salmonella typhi u.a. SopE (G-Nucleotid-Austauschfaktor für rho-GTPasen) mit Antibiotika: Ampillicin, Co-Trimoxacol; Chloramphenicol / Impfstoffe verfügbar
Diphtherie Corynbacterium diphteriae Diphtherie-Toxin (61 kDa-Protein) / Inhibition der Proteinbiosynthese in Eukaryonten während der Elongationmit Antibiotika: Benzylpenicillin, Erythromycin; Anti-Toxin-Gabe / Impfstoffe vorhanden
Keuchhusten Bordetella pertussis Pertussis-Toxin (Exotoxin der A-B-Klasse bestehend aus sechs Untereinheiten) / primär: Keuchhusten; sekundär: Pneumonien, Mittelohrentzündung (Otitis media); Spätkomplikationen: Enzephalopathie (selten) mit Antibiotika: Erythromycin; alternativ Amoxicillin / Impfstoffe vorhanden
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