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Bakterientoxine

Endotoxine

Endotoxine sind Bestandteile der äußeren Zellmembran von Gram-negativen Bakterien. Sie werden in der Regel von abgetöteten oder lysierten Bakterien abgegeben.

Chemisch entsprechen die Endotoxine Lipopolysacchariden (LPS); diese haben bei allen Gram-negativen Bakterien denselben Aufbau. LPS sind amphipathische Moleküle. Der hydrophobe Teil, das Lipid A, enthält fünf bis sieben gesättigte Fettsäuren, die an ein Glucosamin-Dimer gebunden sind. Der hydrophile Kopf des LPS-Moleküls besteht aus einem Oligosaccharid, der zentralen Core-Region und dem O-Antigen, einem Polymer aus sich wiederholenden Einheiten von jeweils drei bis sechs Zuckerresten. Die Core-Region enthält viele negativ geladene Kohlenhydratreste und bindet außerdem divalente Kationen, so dass eine Art Permeabilitätsbarriere entsteht.

Aufbau der äußeren und inneren Zellmembran Gram-negativer Bakterien

Die äußere und innere Membran Gram-negativer Bakterien unterscheiden sich erheblich hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion. Die innere Membran umgibt das Cytoplasma und stellt die eigentliche Permeabilitätsbarriere für die Zelle dar. Diese Cytoplasma-Membran ist eine typische Phospholipid-Doppelschicht. Im Gegensatz dazu ist die äußere Membran Gram-negativer Bakterien asymmetrisch und aus Phospholipiden und Lipopolysacchariden aufgebaut. Sie enthält eine Reihe von porenbildenden Proteinen, die so genannten Porine, die die Diffusion von Molekülen mit geringen molekularen Massen (< 600 Da) erlauben. Die äußere Membran enthält wesentlich weniger verschiedene Proteine, die tendenziell hydrophiler sind als die der Cytoplasma-Membran. Zwischen der inneren und äußeren Membran befindet sich das Periplasma mit gelartiger Struktur.

Abb.1
3D-Animation zur Bakterienzellwand
© Wiley-VCH

Wirkung von Endotoxinen

Endotoxine aktivieren das Immunsystem, d.h. Makrophagen und Monocyten sowie Endothelzellen. Als Folge davon kommt es zur Freisetzung großer Mengen zellulärer Mediatorstoffe: Tumor-Nekrose-Faktor-α, Interleukin 1 (IL-1), IL-6, Leukotriene etc. Die massive Ausschüttung solcher Cytokine aktiviert die Komplement- und die Gerinnungskaskade und stimuliert die Produktion von Prostaglandinen und Leukotrienen. Die Folgen sind hohes Fieber, Blutdruckabfall, Bildung von Thromben im Blut, Kreislaufversagen, Schädigung vieler Organe und letaler Schock (Endotoxin-Schock).

Hinweis
Die Zellwandbestandteile Gram-positiver Bakterien (Peptidoglucane und Teichonsäuren) lösen in größeren Mengen die gleichen Reaktionen aus wie die Lipopolysaccharide der Gram-negativen Erreger.
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