Aus dem Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene der Medizinischen Hochschule Hannover und dem Institut für Mikrobiologie der
Tierärztlichen Hochschule Hannover
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Erstellung von Deletionsmutanten zur Untersuchung des Nitrat- und Nitritstoffwechsels von
Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium bovis BCG
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I N A U G U R A L – D I S S E R T A T I O N
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
( Dr. med. vet )
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover Vorgelegt von
Catharina Diephaus-Borchers aus Twistringen
Hannover 2004
Wiss. Betreuung: Univ.-Prof. Dr. med. F.-C. Bange
1.Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med.vet. P. Valentin-Weigand 2.Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med.vet. H.-J. Hedrich
Tag der mündlichen Prüfung: 24.11.2004
Teile dieser Arbeit wurden in den folgenden Publikationen ausgewiesen:
1.) LACHNIK, J.; ACKERMANN, B.; BOHRSSEN, A.; MAASS, S.; DIEPHAUS, C.; PUNKEN, A.;
STERMANN, M.; BANGE, F.-C. (2002)
Rapid-Cycle PCR and Fluorimetry for Detection of Mycobacteria J. Clin. Microbiol. 40 (9): 3364-3373
2.) STERMANN, M.; BOHRSSEN, A.; DIEPHAUS, C.; MAASS, S.; BANGE, F.C. (2003)
Polymorphic nucleotide within the promoter of nitrate reductase (NarGHJI) is specific for Mycobacterium tuberculosis
J. Clin. Microbiol. 41 (7): 3252-9.
Das schönste Glück des denkenden Menschen ist, das Erforderliche erforscht zu haben
und das Unerforschliche ruhig zu verehren
( Johann Wolfgang von Goethe )
Meinen Eltern gewidmet
I. Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Schriftum 3
2.1 Mykobakterien 3
2.1.1 Vorkommen und Bedeutung 3
2.1.2 Taxonomie 4
2.1.3 Eigenschaften 5
2.2 Tuberkulose beim Menschen 8
2.2.1 Epidemiologie und Bedeutung 8
2.2.2 Ätiologie und Pathogenese 13
2.2.3 Klinisches Erscheinungsbild 15
2.2.4 Diagnose 17
2.2.5 Therapie und Prophylaxe 20
2.3 Tuberkulose bei Tieren 25
2.3.1 Epidemiologie und Bedeutung 25
2.3.2 Klinisches Erscheinungsbild 28
2.3.3 Ätiologie und Pathogenese 29
2.3.4 Diagnose 32
2.3.5 Bekämpfung 33
2.4 Der bakterielle Nitratstoffwechsel 34
2.4.1 Anaerober Nitratstoffwechsel bei Mykobakterien 36
2.4.2 Die anaeroben Nitratreduktase narGHJI 37
2.4.3 Der bakterielle Nitritstoffwechsel 40
2.4.4 Nitritstoffwechsel bei Mykobakterien 42
2.5 Zielsetzung der Arbeit 43
3 Material und Methoden 44
3.1 Material 44
3.1.1 Plasmide 44
3.1.2 Bakterienstämme 45
3.1.3 Nährmedien 45
3.1.4 Lösungen und Puffer 47
3.1.4.1 Allgemeine Lösungen und Puffer 47
3.1.4.2 Lösungen und Puffer für den Zellaufschluß 49 3.1.4.3 Lösungen und Puffer für die Southern Blot-Analyse 50
3.2 Methoden 52
3.2.1 Präparation von Plasmid- DNA 52
3.2.2 Restriktionsspaltung 53
3.2.3 Agarose-Gel-Elektrophorese 54
3.2.4 Isolierung und Aufreinigung von DNA-Banden aus Agarose-Gelen 54 3.2.5 Transformation von Plasmid-DNA in SR106 (M. bovis BCG ∆narG) 55 3.2.6 Transformation von Plasmid-DNA in M. tuberculosis und M. bovis 56 3.2.7 Präparation genomischer DNA von SR106-Klonen 60 3.2.8 Präparation genomischer DNA von M. tuberculosis- und M. bovis-
Klonen 61
3.2.9 Präparation, Reinigung und Markierung von DNA-Sonden für die
Southern Blot-Analyse 63
3.2.10 Southern Blot-Analyse 64
3.2.11 Polymerasekettenreaktion (PCR) zum Nachweis von Integranten
und Mutanten 67
3.2.12 Kultivierung von Mykobakterien unter anaeroben Bedingungen 70
3.2.13 Nitratreduktasetest 70
3.2.14 Nitritreduktasetest 71
3.2.15 Messung der Nitratreduktase-Aktivität von M. tuberculosis, M. bovis
und M. bovis BCG unter anaeroben Bedingungen 72
4 Ergebnisse 74
4.1 Gezielte Deletion der nirBD -Gene in der M. bovis BCG-
Mutante SR106 74
4.1.1 Stamm und Konstrukte 74
4.1.2 Transformation von pIJ6 und pIJ7 in SR106 und Selektion
auf Nährböden mit Antibiotika-Zusatz 75
4.1.3 Kontrolle der Integration von pIJ6 und pIJ7 in SR106 mittels PCR 77
4.1.4 Kultivierung der pIJ6- und pIJ7-Integranten in Flüssigmedium ohne
Selektionsdruck 80
4.1.5 Selektion auf Nährböden mit und ohne Saccharose-Zusatz 81 4.1.6 Untersuchung auf Nährböden mit Antibiotika-Zusatz 83 4.1.7 Überprüfung der SR106-Mutanten in der Southern Blot-Analyse 84 4.1.8 Messung der Nitritreduktase-Aktivität der nirBD-Mutanten CD1-CD4 88 4.2 Vergleich der Nitratreduktase-Aktivität von M. tuberculosis,
M. bovis und M. bovis BCG unter anaeroben Bedingungen 91 4.3 Gezielte Deletion des narG-Genes im M. tuberculosis-
Stamm H37Rv 93
4.3.1 Stamm und Konstrukte für die narG-Deletion 94
4.3.2 Transformation von pSR14 in H37Rv 95
4.3.3 Kontrolle der Integration von pSR14 in H37Rv mit Hilfe der PCR 98 4.3.4 Untersuchung der Integration von pSR14 in H37Rv mit Hilfe der
Southern Blot-Analyse 100
4.4 Gezielte Deletion des narG-Genes im M. bovis-Stamm R99 102 4.4.1 Transformation von pSR14 in R99 und Selektion auf Nährböden
mit Antibiotika-Zusatz 103
4.4.2 Kontrolle der Integration von pSR14 in R99 mit Hilfe der PCR 104 4.4.3 Kontrolle der Integration von pSR14 in R99 über die Southern Blot-
Analyse 105
4.4.4 Kultivierung des pSR14-Integranten in Flüssigmedium ohne
Selektionsdruck 107
4.4.5 Selektion auf Nähböden mit und ohne Saccharose-Zusatz 107 4.4.6 Untersuchung auf Nähböden mit und ohne Zusatz von Antibiotika
und Kontrolle der Mutanten mit Hilfe der PCR 108 4.4.7 Überprüfung der M. bovis-Mutanten in der Southern Blot-Analyse 109 4.4.8 Messung der Nitratreduktase-Aktivität der M. bovis-Mutanten 112
5 Diskussion 114
5.1 Deletion der nirBD-Gene in SR106 114
5.2 Vergleich der Nitratreduktase-Aktivität von M. tuberculosis,
M. bovis und M. bovis BCG 114
5.3 Deletion des narG-Genes im M. tuberculosis-Stamm H37Rv und im
M. bovis-Stamm R99 118
6 Zusammenfassung 120
7 Summary 122
8 Literaturverzeichnis 124
9 Anhang 139
9.1 Geräte 139
9.2 Enzyme 139
9.3 Chemikalien 140
9.4 Gebrauchsmaterialien 141
II. Abbildungsverzeichnis
Abb.2.1 Entwicklung der Tuberkulose in Deutschland und Osteuropa
1980-2000 (WHO-Studie 200 ) 10
Abb.2.2 Resistenzentwicklung in Osteuropa (WHO-Studie 2002) 11 Abb.2.3 Resistenzmuster in Deutschland bezogen auf die Geburtsländer
der Patienten 1996-2000 (DZK 200 ) 12
Abb.2.4 Darstellung der Organisation der α-,β- und γ-Untereinheit von
NarGHJI von E. coli (PHILIPPOT u. H∅JBERG, 1999) 39 Abb.3.1 Aufbau des Southern Blots für den DNA-Transfer 65 Abb.3.2 Schematischer Ablauf eines Southern Blots 67 Abb.3.3 Schematischer Ablauf einer PCR 68 Abb.3.4 Nitritverdünnungsreihe gemessen im Absorptionsbereich
von 440 nm (PUNCKEN, 2002) 71
Abb.4.1 Schematische Darstellung der Bindungsstellen der Primer
IJ5 und IJ6 in pIJ6 77
Abb.4.2 Überprüfung der Integration von pIJ6 in SR106 mittels PCR 78 Abb.4.3 Schematische Darstellung der Bindungsstellen der Primer
IJ3 und IJ4 in pIJ7 79
Abb.4.4 Überprüfung der Integration von pIJ7 in SR106 mittels PCR 80 Abb.4.5 Überprüfung potentieller nirBD-Mutanten in der PCR 84 Abb.4.6 Bindungstellen der Sonden „nirBD1“ und „nirBD2“ 85 Abb.4.7 Southern Blot der SR106-Mutanten mit der „nirBD1“-Sonde 86 Abb.4.8 Southern Blot der SR106-Mutanten mit der „nirBD2“-Sonde 87 Abb.4.9 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von M. bovis BCG bei Zugabe
von NaNO2 88
Abb.4.10 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von CD1 bei Zugabe von
NaNO2 89
Abb.4.11 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von CD2 bei Zugabe von
NaNO2 89
Abb.4.12 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von CD3 bei Zugabe von
NaNO2 90
Abb.4.13 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von CD4 bei Zugabe von
NaNO2 90
Abb.4.14 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von M. tuberculosis 92 Abb.4.15 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von M. bovis 92 Abb.4.16 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität von M. bovis BCG
93
Abb.4.17 Schematische Darstellung des Plasmides pSR14 94 Abb.4.18 Schematische Darstellung der Deletion im narGHJI-Gencluster 95 Abb.4.19 Darstellung derBindugsstellen der Primer SR3 und SR4 im
narGHJI-Gencluster 99
Abb.4.20 Überprüfung der Integration von pSR14 in H37Rv mittels PCR 100 Abb.4.21 Darstellung der Bindungsstelle der „narGHJI“-Sonde 101 Abb.4.22 Southern Blot der M. tuberculosis : pSR14-Klone mit der
„narGHJI“-Sonde 102
Abb.4.23 Überprüfung der Integration von pSR14 in M. bovis mittels PCR 105 Abb.4.24 Darstellung der Schnittstellen von EcoNI und der Bindungstelle
der Sonde 106
Abb.4.25 Southern Blot des M. bovis:pSR14-Klones mit der„narGHJI“-
Sonde 106
Abb.4.26 Überprüfung der potentiellen M. bovis-Mutanten in der PCR
mit den Primern SR3 und SR4 109 Abb.4.27 Schnittstellen des Enzyms SmaI im narGHJI-Gencluster 110 Abb.4.28 Southern Blot der M. bovis-Mutanten nach Restriktionsverdau
mit dem Enzym SmaI 110
Abb.4.29 Schnittstellen des Enzyms SalI im narGHJI-Gencluster 111 Abb.4.30 Southern Blot der M. bovis-Mutanten nach Restriktionsverdau
mit dem Enzym SalI 111
Abb.4.31 Anaerobe Nitratreduktase-Aktivität der Klone Nr. 3 und Nr. 4
im Vergleich zum Wildtyp M. bovis 112
III. Tabellenverzeichnis
Tabelle 2.1 Beurteilungsmaßstab der Tuberkulinprobe (ROLLE u. MAYR 1999 ) 32 Tabelle 2.2 Struktur, Funktion und Regulation der zwei Nitrit-Reduktasen von
E . coli (COLE, J.; 1995) 41
Tabelle 3.1 Übersicht über die verwendeten Plasmide 44 Tabelle 3.2 Übersicht über die verwendeten Bakterienstämme 45 Tabelle 3.3 Zur Synthese der nirBD2-Sonde verwendete Primer 63 Tabelle 3.4 Übersicht über die verwendeten Primer 69
Tabelle 3.5 Temperaturprogramm für die PCR 69
Tabelle 4.1 Auswertung der Transformation von pIJ6 und pIJ7 in SR106 76 Tabelle 4.2 Auswertung der Selektion der pIJ6- und pIJ7-Integranten auf
7H10-Nährböden mit und ohne Saccharose-Zusatz 82 Tabelle 4.3 Auswertung der 1.Transformation von pSR14 in den
M. tuberculosis-Stamm H37Rv 96
Tabelle 4.4 Auswertung der 2. und 3.Transformation von pSR14 in den
M. tuberculosis-Stamm H37Rv 98
Tabelle 4.5 Auswertung der Transformation von pSR14 in M. bovis 104 Tabelle 4.6 Auswertung der Selektion des pSR14-Integranten auf
7H10-Nährböden mit und ohne Zusatz von Saccharose 107 Tabelle 9.1 Übersicht über die verwendeten Geräte 139 Tabelle 9.2 Übersicht über die verwendeten Enzyme 139 Tabelle 9.3 Übersicht über die verwendeten Chemikalien 140 Tabelle 9.4 Übersicht über die Gebrauchmaterialien 141
IV. Abkürzungsverzeichnis
A Adenin
Abb. Abbildung
ADS Albumin Dextrose Salt
AIDS Aquired immunodefiency syndrome
BCG Bacille Calmette-Guérin
bp/bps Basenpaar/Basenpaare
BSH Benzschleimsäurehydrazid
bzw. beziehungsweise
C Cytosin
° C Grad Celsius
ca. circa
d Tage
d.h das heißt
DIG/dig Digoxygenin
DNA Desoxyribonucleinsäure
DNTP Desoxynukleotidtriphosphat
DOTS directly observed treatment, short course
DZK/DZKB Deutsches Zentralkomitee zur Bekämpfung der Tuberkulose E. coli Escherichia coli
EDTA Ethylendiamide Tetraacetic Acid Disodium Dihydrate ELISA Enzyme-linked Immunosorbebt Assay
EMB Ethambutol
Fa. Firma
G Guanin
g Gramm
GC Gaschromatographie
h Stunde
HA Hämagglutination
HCL Salzsäure
HIV Human Immunodefiency Virus
H2O dest. destilliertes Wasser
HPLC High Performance Liquid Chromatography
Hyg Hygromycin
Hyg50 Hygromycin in einer Konzentration von
i.d.R. in der Regel
I.E. Internationale Einheiten
IFT Immunfluoreszenztest
IfSG Infektionsschutzgesetz
INH Isoniazid
kb Kilobasenpaare
KBR Komplementbindungsreaktion
kDa Kilodalton
kg Kilogramm
KGW Körpergewicht
KNO3-
Kaliumnitrat
kV Kilovolt
l Liter
LB Luria-Bertani
M Molar
M. Mycobacterium
MA Milliampère
MAC M. avium-Komplex
MB-Medium Mykobakterien-Basalsalz-Medium
MDR multi drug-resistant
MDP Muraminsäure-Dipeptid
Mg Milligramm
MHH Medizinische Hochschule Hannover
Min. / min. Minute(n)
ml Milliliter
mM Millimolar
mmol Millimol
MOTT Mycobacteria Other Than Tubercle Bacilli
MS Massenspektrometrie
µF Mikrofaraday
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
napABC Gene für die periplasmatische Nitratreduktase NapABC periplasmatische Nitratreduktase nar nitrate anaerobic reductase narGHJI Gene für die Anaerobe Nitratreduktase
NarGHJI Anaerobe Nitratreduktase
nasAC Gene für die assimilatorische Nitratreduktase NasAC Assimilatorische Nitratreduktase NaNO2-
Natriumnitrit
NEB New England Biolabs
nirBD Gene für die dissimilatorische Nitritreduktase
nm Nanometer
NTM Non Tuberculous Mycobacteria
ODx Optische Dichte, gemessener Wellenlängenbereich in nm
OPA One Phor All ( Buffer )
PCR Polymerase chain reaction
pH negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionenkonz.
pyrF Gene für die Orotidinmonophosphat-Decarboxylase von M.
smegmatis
PZA Pyrazolidin
RKI Robert-Koch Institut
RMP Rifampicin
RNA Ribonukleinsäure
rRNA ribosomale Ribonukleinsäure
rpm rounds per minute
rpsL Gene für das ribosomale Protein S12 zur Ausbildung einer Streptomycin-Resistenz
RT Raumtemperatur
s / sec. Sekunde
sacB Gene für die Lävansaccherose von Bacillus subtillis
SCID Severe Combined Immunodefiency
SD Standardabweichung
SM Streptomycin
s.o. siehe oben
sog. sogenannt
T Thymin
t time
T Temperatur
TAE Tris-Acetat-EDTA
TB / Tb Tuberkulose
TCH Thiophen-2-Carbonsäurehydrazid
Tm Schmelztemperatur
UN United Nations
UV-Licht Ultraviolettes Licht
v.a vor allem
WHO World Health Organisation
z.B. zum Beispiel
1. Einleitung
Die Reduktion von Nitrat über Stickstoff zu Ammonium ist unter Bakterien weit verbreitet und kann dabei zu unterschiedlichen Zwecken erfolgen. Dienen die Ammonium-Ionen dem Einbau in Zellmaterial, spricht man von einer assimilatorischen Nitratreduktion. Bei der respiratorischen Nitratreduktion wird Nitrat als alternativer Elektronen-Akzeptor für die Synthese von ATP verwendet, welches den Bakterien zur Stoffwechselerhaltung und zum Wachstum in Abwesenheit von Sauerstoff dient. Die Verwendung von Nitrat als Elektronen-Akzeptor unter anaeroben Bedingungen kann vielen obligat aeroben Spezies wie Neisseria gonorrhoe, E. coli, B.
subtilis und Pseudomonas aeroginosa zugeordnet werden. Auch Mykobakterien sind in der Lage, Nährstoffe zu nutzen, die sie im Wirtsorganismus vorfinden und können sich sehr schnell an veränderte Umweltbedingungen anpassen, indem sie bestimmte Enzyme aktivieren und ihren Metabolismus ändern. Lange wurde diskutiert, welcher Mechanismus es dieser eigentlich obligat aeroben Gattung ermöglicht, in den von ihnen hervorgerufenen Granulomen und Abszessen zu persistieren und sich zu vermehren. Nach der vollständigen Sequenzierung des Genoms von M.
tuberculosis im Jahr 1998 konnten Gene identifiziert werden, die eine große Homologie zu den anaeroben Nitratreduktasen anderer Bakterien wie z.B. E. coli und B. subtilis aufweisen. Dieses als narGHJI bezeichnete Gencluster kodiert dabei nachweislich für eine anaerobe Nitratreduktase-Aktivität bei Mykobakterien ( FRITZ 2001 ). Auch Gene mit Homologie zu den Nitritreduktasen von B. subtilis und E. coli konnten nachgewiesen werden. Ob dieses als nirBD bezeichnete Gencluster bei Mykobakterien wirklich für ein funktionell aktives Enzym kodiert, ist bisher noch nicht bekannt.
Gerade Mycobacterium tuberculosis als Verursacher der Tuberkulose stellt einen hochpathogenen Erreger dar, mit dem sich weltweit jede Sekunde ein Mensch infiziert. Da etwa 5-10 % dieser Personen später erkranken, werden laut WHO-Berechnungen in den nächsten 10 Jahren bis zu 30 Millionen Todesfälle zu beklagen sein. Doch nicht nur Dritte-Welt-Nationen sind betroffen. Auch in unseren Breitengraden kam es in letzter Zeit immer wieder zu einem Aufleben dieser Erkrankung. Als Ursache werden unter anderem die HIV-Pandemie, die zunehmende Migrationsbewegung sowie ein Anstieg des Drogen-Missbrauchs gesehen. Ein großes Problem stellt dabei auch das Auftreten multi-resistenter Stämme dar, deren Therapie oft schwierig und kostspielig ist. Als Prophylaxe gegen die Tuberkulose wird weltweit ein durch Attenuierung entstandener M. bovis-Stamm als Impfstoff eingesetzt: BCG (Bacille Calmette-
Guérin). Eigentlich zur Verringerung der weltweiten Tuberkulose-Inzidenz gedacht, vermittelt BCG jedoch einen Impfschutz, der je nach Studie zwischen 0 und 80 % liegt. Ferner sind immunsupprimierte Patienten sogar durch die Impfung prädisponiert, eine disseminierte BCGitis mit letalem Ausgang zu entwickeln. Dies alles weist auf die Notwendigkeit zur Optimierung des Impfschutzes hin.
Um dies zu erreichen, ist es wichtig, mehr über den Stoffwechsel des Erregers und seine Pathogenitätsfaktoren zu erfahren. Die Entdeckung der Fähigkeit von Mykobakterien zur Nitratreduktion unter anaeroben Bedingungen und der Nachweis der dafür verantwortlichen Gene stellt einen wichtigen Ansatzpunkt dar. Ziel dieser Arbeit ist es einerseits, durch einen Vergleich des anaeroben Nitrat-Stoffwechsels verschiedener Mykobakterien-Stämme mögliche Zusammenhänge in Bezug auf ihre Pathogenität aufzudecken. Andererseits soll durch die gezielte Deletion der nirBD-Gene Einfluß auf die Nitrit-Reduktion genommen werden. Durch die Deletion des narG-Genes in M. tuberculosis und M. bovis sollen Mutanten entstehen, die nicht mehr in der Lage sind, in Abwesenheit von Sauerstoff Nitrat zu Nitrit zu reduzieren und somit vielleicht auch der Fähigkeit zum Wachstum und zur Persistenz im anaeroben Milieu beraubt sind.
2. Schriftum
2.1 Mykobakterien
2.1.1 Vorkommen und Bedeutung
Als Mykobakterien bezeichnet man eine Gattung unbeweglicher, nicht sporenbildender Stäbchen, die sich von den meisten anderen Bakterien durch eine hohe Festigkeit gegen Säuren und Basen unterscheiden und daher mit besonderen Färbemethoden angefärbt werden müssen. Bei den meisten dieser Gruppe zugerechneten Bakterien handelt es sich um ubiquitär in der Umwelt vorkommende Keime, welche saprophytär leben (SCHULZE-RÖBBECKE 1993). In der unbelebten Umwelt gibt es eine Vielzahl von Quellen, aus denen sich Mykobakterien isolieren lassen. Weltweit können aus Acker- und Waldböden M. fortuitum, M. terrae, M. nonchromgenicum sowie M. gordonae, M. smegmatis und M. phlei isoliert werden (SCHULZE-RÖBBECKE 1993). Auch in Böden und Sumpfgebieten wärmerer Klimazonen wie im Südosten der USA wurden M. avium und M. intracellulare nachgewiesen (KIRSCHNER JR. et al, 1992). In einer trockenen Umgebung wie beispielsweise in Staub können die Bakterien dabei sehr lange lebensfähig bleiben und mit dem Wind verbreitet werden. Künstliche und natürliche Gewässer stellen ebenfalls Lebensräume von Mykobakterien dar. So konnte aus küstennahem Meerwasser M. chelonae und M. flavescens isoliert werden (GRUFT et al., 1979), aus Moorwasser M. cookii (KAZDA et al., 1990) und
aus Trinkwasser M. gordonae und M. kansasii sowie M. avium und M. terrae (SZEWZYK et al., 2000; LOCKWOOD et al., 1989; VON REYN et al., 1994). Eine
besonders wichtige Infektionsquelle stellen Abwässer und Klärschlamm dar, denn durch sie können Lebensräume von Mensch und Tier kontaminiert und so der Eintritt in die Nahrungskette gewährleistet werden (SCHULZE-RÖBBECKE 1993, SHUVAL 1991). Auch das Wasser von Schwimmbädern und Duschen kann Mykobakterien enthalten. So kann M.
marinum beim Menschen zu einem sogenannten „Schwimmbadgranulom“ führen (SELBITZ 2002). Erklärt werden kann das Vorkommen dieser Bakterien an solchen Orten
dadurch, dass auch die Grenzfläche zwischen Flüssig-Phase und Gas- bzw. Festphase, die als
„Biofilm“ bezeichnet wird, mikrobiell besiedelt werden kann (SCHULZE-RÖBBECKE 1993).
Eine Ausnahme innerhalb der Gattung Mycobacterium stellen die als obligat pathogene Erreger geltenden Spezies M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. avium und M. leprae dar. Sie sind nicht in der Lage, sich in einer unbelebten Umwelt zu vermehren und leben rein parasitär, da sie auf einen Wirt angewiesen sind (SCHULZE-RÖBBECKE 1993).
Das wichtigste Reservoir für Mykobakterien stellen Menschen und Tiere dar. M. tuberculosis kommt natürlicherweise nur beim Menschen vor. Von ihm aus kann der Krankheiterreger auf Primaten und auf Tiere übertragen werden, die in engem Kontakt mit Menschen leben, wie z.B. Hunde, Katzen und auch Rinder (HAHN 1994, WILESMITH u. CLIFTON-HADLEY 1994). Das Rind wird als Hauptwirt von M. bovis angesehen (SEBITZ 2002). Der Erreger der Rindertuberkulose ist dabei auch für den Menschen pathogen. M. avium, der Erreger der Gefügeltuberkulose, wurde in Vögeln nachgewiesen und ist auch auf den Menschen, auf Rinder, Schafe, Ziegen, Schweine, Hunde und Katzen übertragbar (HAWTHORNE u.
LAUDER 1962, THOREL et al., 1997). Das einzige Erregerreservoir für M. leprae ist nach bisherigen Erkenntnissen der unbehandelte leprakranke Mensch (HAHN 1994).
2.1.2 Taxonomie
Die Gattung Mycobacterium gehört zur Familie der Mycobacteriacea. Mit der Vorsilbe
„MYKO“ bezeichnet man sonst üblicherweise eine Zugehörigkeit zu den Pilzen (mykes, gr. = Pilz). In diesem Fall wurde der Begriff gewählt, weil sich M. tuberculosis wegen seiner hydrophoben Lipidschicht auf der Oberfläche flüssiger Kulturmedien vermehrt, wodurch ein schimmeliger Eindruck entsteht. Folglich wurde die Bezeichnung auf alle Bakterien dieser Gattung ausgedehnt (HAHN 1994).
Die Familie der Mycobacteriacea gehört neben den Actinomycetaceae, den Corynebacteriaceae, Norcardiaceae und Dermatophilaceae zur Gruppe der Actinomyceten („Strahlenpilze“). Zu den Gattungen Corynebacterium und Norcardia sowie Rhodococcus bestehen dabei die engsten verwandtschaftlichen Beziehungen. Innerhalb der Familie der Mycobacteriaceae existiert nur die Gattung Mycobacterium, im Bergey´s Manual of Determinative Bacterilogy sind 54 Spezies definiert.
Eine weitere Einteilung kann sowohl nach Wachstumseigenschaften, nach epidemiologischen Kategorien und nach der Pathogenität der einzelnen Spezies erfolgen. Nach den Wachstumskriterien können langsamwachsende, schnellwachsende und nicht kultivierbare
Mykobakterien unterschieden werden. Epidemiologisch bedeutsam ist die Unterscheidung von obligaten Parasiten und Saprophyten. Vorrangig ist die eindeutige Abgrenzung der bei Mensch und Säugetieren als Zoonosen auftretenden Tuberkulosen (M. tuberculosis und M.
bovis) von der Geflügeltuberkulose (M. avium ssp. avium) und den von RUNYON (1959) in den Gruppen I-IV zusammengefassten Erregern von Mykobakteriosen.
Aufgrund ihrer Pathogenität können Mykobakterien ebenfalls unterteilt werden. Die obligat pathogene Gruppe besteht aus dem M. tuberculosis-Komplex, zu dem die Spezies M.
tuberculosis, M. bovis, der Impfstamm M. bovis BCG, M. africanum und M. microti gehören.
Die fakultativ pathogene Gruppe wird auch als NTM („non-tuberculous-bacilli“) oder als MOTT („mycobacteria other than tubercle bacilli“) bezeichnet (SALFINGER u. KAFADER 1992). Der Begriff „atypische“ Mykobakterien nimmt nicht auf taxonomische Gegebenheiten Bezug. Mit ihm werden lediglich alle Vertreter erfasst, die nicht Erreger von Tuberkulose, Paratuberkulose und Lepra sind. Ausgangspunkt dieser Begriffsbestimmung war beim Menschen der im Vergleich zur Tuberkulose atypische Verlauf (SELBITZ 2002). Da allerdings jede Spezies dieser Bakterien eigene typische Eigenschaften besitzt, werden heute die Begriffe NITM oder MOTT bevorzugt. Der Gruppe der nicht pathogenen Keime werden M. smegmatis und M. gordonae zugerechnet. Neben dem M. tuberculosis-Komplex können auch M. avium ssp. avium, M. avium ssp. Paratuberculosis und M. avium ssp. silvaticum im M. avium-Komplex (MAC) zusammengefasst werden. M. avium, M. intracellulare, M.
scrofulaceum und M. lepraemurium werden oft auch als MAIS- Serokomplex angesehen, da sie den gleichen Typ eines Glycopeptolipid-Antigens besitzen (BELISLE u. BRENAN 2000).
2.1.3 Eigenschaften
Mykobakterien sind aerobe, unbewegliche Stäbchen, deren Charakteristikum die Säure- und Alkoholfestigkeit ist. Sie beruht ebenso wie der nur schwach positive Ausfall der Gramfärbung auf dem besonderen Bau der Zellwand. Das Grundgerüst besteht wie bei anderen Bakterien aus einer Peptidoglykanschicht, allerdings enthält die Zellwand von Mykobakterien einen hohen Anteil an Lipiden, der bis zu 60 % des Zellwandtrocken- gewichtes ausmachen kann. Diese Lipidschicht ist die Ursache für die besonders stark ausgeprägte Tenazität gegenüber äußeren Einflüssen. Die wichtigsten Lipide sind
Mykolsäuren und Mykoside. Mykolsäuren sind langkettige gesättigte Fettsäuren, bestehend aus 60 –90 C-Atomen. Mykoside stellen Mykolsäure-haltige Glykolipide oder Glykolipid- Peptide dar.
Mit freien Mykolsäuren der Zellwand kann der Farbstoff Karbolfuchsin einen Komplex bilden, der einer Entfärbung mit HCL-Alkohol standhält. Dies macht man sich bei der Anfärbung von Mykobakterien zunutze (SALFINGER u. KAFADER 1992). Freigesetzte Lipidsubstanzen können ferner bei Infektion Gewebeveränderungen und entzündliche Reaktionen bis hin zu toxischen Effekten auslösen (SELBITZ 2002). Das Mykosid Trehalose- 6,6-Dimykolat, auch „Cord-Faktor“ genannt, bewirkt die Neigung von Mykobaktererien, sich in Kultur zu zopfartigen Strängen aneinander zu lagern (DEDIÉ et al., 1993). Nach Extraktion dieses Mykosids verlieren virulente Stämme ihre Virulenz.
Neben der Rolle der lididreichen äußeren Schicht ist ein weiterer wichtiger Virulenzfaktor der fakultative intrazelluläre Parasitismus der Mykobakterien. Er beruht auf der Fähigkeit der Erreger, in Phagolysosomen zu überleben zu überleben und sogar die Fusion von Phagosomen
und Lysosomen zu verhindern, was auch auf den „Cord-Faktor“ zurückgeführt wird (COLLINS 1989). Mykobakterien werden durch die antibakteriellen Mechanismen der
polymorphkernigen Granulozyten und der ruhenden Makrophagen nicht abgetötet. Sie können somit nach der Ingestion im Zellinneren weiterleben und sich vermehren (HAHN 1994).
Für Mykobakterien ist das Auftreten einer großen Zahl von Antigendeterminaten typisch.
Jede Art kann davon 50 oder mehr exprimieren, vor allem Lipide, Polypeptid- und Proteinantigene. Sie lösen bei einer Infektion vor allem zellvermittelte Immunreaktionen aus,
die zur Allergie vom Spättyp (Typ IV) führen, der Grundlage der Tuberkulinreaktion (DEDIÉ et al., 1993).
Mykobakterien induzieren auch die Bildung humoraler Antikörper, deren serologischer Nachweis mittels HA, KBR, IFT und ELISA möglich ist. Sowohl lebende Bakterien als auch bestimmte Bestandteile der Mykobakterien-Zellwand sind als Immunstimmulantien bekannt, zB. das Wachs D. Es enthält Mykolsäure, Peptide und Polysaccharide und kann im Sinne eines Adjuvans die humorale und zelluläre Immunantwort steigern. Entscheidend für die Adjuvans-Wirkung ist hierbei das Muraminsäure-Dipeptid (MDP) der Zellwand. Solche Immunstimmulantien werden z. B für die Herstellung des Freund´schen Adjuvans verwendet (KREBS et al. 1977).
Die Kultivierung von Mykobakterien erfolgt bei 37 °C unter aeroben bis mikroaerophilen Bedingungen auf festen und flüssigen Kulturmedien, die lipidhaltig sein müssen. Dies wird z.B. durch den Zusatz von Eimasse erreicht (SELBITZ 2002).
In Bezug auf ihre Wachstumseigenschaften lassen sich Mykobakterien in zwei Gruppen einteilen. Eine Ausnahme stellt allerdings M. leprae dar, welches sich bislang nur in vitro kultivieren lässt. Die Gruppe der schnellwachsenden Mykobakterien bildet auf festen Nährböden bei optimalen Nährstoffangebot und Temperaturbedingungen innerhalb von drei bis sieben Tagen sichtbare Kolonien. Zu dieser Gruppe werden die NTM gerechnet. Im Gegensatz dazu benötigen die langsamwachsenden Mykobakterien drei bis vier Wochen, bevor sich sichtbare Kolonien zeigen. Zu dieser Gruppe gehören die dem M. tuberculosis- Komplex zugeordneten Spezies. RUNYON nahm 1959 bereits eine Unterteilung der NTM anhand ihrer Wachstumsgeschwindigkeit und ihres Pigmentationsverhaltens wie folgt vor:
• Runyon-Gruppe I: langsamwachsende, photochromogene Spezies; M. kansasii, M.
marinum, M. simiae
• Runyon-Gruppe II: langsamwachsende, skotochromogene Spezies; M. scrofulaceum, M. gordonae
• Runyon-Gruppe III: langsamwachsende Spezies ohne Pigmentbildung; M. avium, M.
terrae, M. intracellulare
• Runyon-Gruppe IV: schnellwachsende Spezies; M. smegmatis, M. chelonei, M. phlei, M. vaccae
Schnell wurde allerdings deutlich, dass sich in dieses recht grobe Schema nicht alle Mykobakterien eindeutig einordnen ließen. Vor allem die Unterschiede im Pigmentationsverhalten innerhalb der einzelnen Spezies wurden nicht detailliert genug berücksichtigt. Heute gilt das Schema als veraltet.
In der Umwelt können Mykobakterien aufgrund ihres besonderen Zellwandaufbaus sehr lange überleben. Besonders M. tuberculosis ist gegen Austrocknung hochresistent. So können diese Erreger z.B. im Staub, in den sie durch Ausspucken oder Aushusten von
kontaminiertem Material gelangen, in infektiöser Form monatelang überleben. Auch gegen Kälte sind Mykobakterien unempfindlich und können beispielsweise im Labor jahrelang bei –70 °C überleben. Erst bei längeren Einwirkungen (> 30 min) von Temperaturen über 65 °C sterben Mykobakterien ab (HAHN 1994). Um die Erreger in Milch abzutöten, haben sich die Kurzpasteurisierung bei 71-74 °C und die Hocherhitzung bei 80-85 °C bewährt.
Gegen Säuren und Laugen sind die Bakterien ebenfalls meist widerstandsfähiger als die meisten anderen vegetativen Bakterienzellen. Doch Magensalzsäure tötet die Erreger nicht ab, sodass sie sich lebend im Magensaft von Tuberkulose-Patienten nachweisen lassen.
Sie passieren nach peroraler Aufnahme lebend den Magen und gelangen in den Darm, wo sie eine Tuberkulose der Mesenterial-Lymphknoten hervorrufen können.
Aufgrund der erhöhten Resistenz der Bakterien gegen kationische Detergentien sollten zur Desinfektion vor allem Präparate auf der Basis von Formaldehyd, Phenol und chlorabspaltenden Mitteln verwendet werden, für die Händedesinfektion auch n-Propanol und Isopropanol (SELBITZ 2002). Dennoch sollten nur Desinfektionsmittel verwendet werden, die ausdrücklich als wirksam gegen Tuberkulose-Erreger ausgewiesen sind.
Mykobakterien sind gegen UV-Licht unterhalb von 300 nm Wellenlänge ebenso empfindlich wie andere Bakterien, was z.B. bei der UV-Desinfektion von Laborflächen ausgenutzt wird.
2.2 Tuberkulose beim Menschen 2.2.1 Epidemiologie und Bedeutung
Die Tuberkulose begleitet seit Urzeiten den Menschen, wie Knochenfunde aus der Steinzeit
und altägyptische Mumien mit tuberkulösen Veränderungen bezeugen. Der Begriff
„Phthisis“ (Schwindsucht) wurde von Hippokrates geprägt, um damit eine Krankheit zu beschreiben, die mit einem allgemeinen Verfall einhergeht. Im 16. Jahrhundert wurde dieser Begriff auf die typische Lungenkrankheit übertragen. 1689 verwendete der englische Arzt Thomas Morton für die charakteristischen Läsionen der Lungenschwindsucht den Ausdruck
„Tuberkel“, woraus Johann Lucas Schönlein im Jahre 1832 den Begriff „Tuberkulose“
ableitete. Im 16. und 17. Jahrhundert ging ein Viertel aller Todesfälle bei Erwachsenen in Europa auf die Tuberkulose zurück, was sich im 19. Jahrhundert als Folge der Urbanisierung im Zuge der industriellen Revolution noch steigerte.
Doch auch wenn die sogenannte „weiße Pest“ in Mitteleuropa seit der Jahrhundertwende im Rückgang begriffen ist, stellt sie dennoch die Infektionskrankheit dar, an der weltweit immer noch die meisten Menschen sterben. Heute gelten etwa 1/3 der Weltbevölkerung als latent mit M. tuberculosis infiziert. Da etwa 5-10 % dieser Personen später erkranken, werden laut WHO-Berechnung in den nächsten 10 Jahren 30 Millionen Todesfälle zu beklagen sein. Als Ursache für den weltweiten Anstieg der Fälle werden der zunehmende internationale Reiseverkehr (COBELENS et al., 2000), die stärker werdenden Immigrationsbewegungen aus Afrika, Asien und Osteuropa (CANTWELL et al., 1994) und die HIV-Pandemie genannt (RAVIGLIONE et al., 1995).
In den Entwicklungsländern, in denen etwa 95 % aller Fälle zu finden sind, werden in erster Linie demographische Strukturen, Migration, Kriege und Unruhen sowie die damit verbundenen immer schlechter werdenden Versorgungsstrukturen und mangelhafte medizinische Versorgung als Hauptgründe angeführt (GODFREY-FAUSSET et al., 2000).
1993 erklärte die WHO die Tuberkulose zur „global emergency“ und trug damit der seit 15 steigenden Inzidenz und Prävalenz dieser Erkrankung Rechnung (STOKSTAD 2000). Allein 1995 starben mehr Menschen an der Erkrankung als sonst in einem Jahr seit ihrer Entdeckung durch Robert Koch (PELICIC et al., 1997).
Trotz einer insgesamt niedrigeren Prävalenz in den Industrienationen, was vor allem auf die besseren Lebensumstände, die im Vergleich zur Fläche geringen Einwohnerzahlen und die Möglichkeiten zur schnellen Diagnostik und Therapie der Erkrankung zurückzuführen ist, ist die Tuberkulose jedoch nicht nur eine Krankheit, die in Dritte-Welt-Nationen auftritt.
Epidemiologische Erhebungen in New York zeigten, dass im Jahr 1992 dreimal mehr Tuberkulose-Fälle zu verzeichnen waren als noch vier Jahre zuvor (FRIEDEN et al., 1995).
Osteuropa und die ehemalige Sowjetunion melden steigende Fallzahlen (RAVIGLIONE et al., 1995) und auch in Japan ist ein Aufwärtstrend der Tuberkulose-Fälle seit 1997 erkennbar (NAKATANI et al., 2002). Die gegenwärtige Tuberkulose-Situation von Deutschland wird in dem Epidemiologischen Bulletin des Robert-Koch-Institutes (RKI, Nr. 46, 16. November
2002) dargestellt. Im Jahr 2000 wurden 9064 Fälle aktiver Tuberkulose gemeldet, was einer Inzidenz von 11,0 Erkrankungen auf 100.000 Einwohnern entspricht. Der Anteil an erkrankten Ausländern beträgt zur Zeit 33,6 %. Der Anteil erkrankter Kinder ist um 4, 9 % gestiegen. Auch wenn im Vergleich zu den Vorjahren die Zahl der gemeldeten Fälle rückläufig ist (1987: Inzidenz 23,2 auf 100.000 Einwohner), gehört Deutschland nicht zu den Ländern mit geringer Tuberkulose-Häufigkeit.
Abb. 2.1 Entwicklung der Tuberkulose in Deutschland und Osteuropa 1980-2000 (WHO-Report 2002). Seit 1980 steigt die Tuberkulose-Inzidenz vor allem in den osteuropäischen Ländern Letttland, Rumänien, Kasachstan und Russland stetig an, während die Zahl der in Deutschland gemeldeten Fälle seit dieser Zeit kontinuierlich abnimmt.
Das am 1.1.2001 in Kraft getretene Infektionsschutzgesetz regelt die Meldepflicht der Tuberkulose in Deutschland. Demnach müssen die Erkrankung und der Tod an einer Tuberkulose gemeldet werden (BUNDESGESETZBLATT 2000, IfSG). Da das Behandlungsergebnis ebenfalls routinemäßig nach IfSG erfasst wird, zählt Deutschland jetzt nach WHO zu den „DOTS“-Ländern (DOTS = directly observed treatment, short course).
Eng mit der Tuberkulose verknüpft ist die HIV-Infektion. Weltweit befinden sich unter den neu an Tuberkulose erkrankten Patienten eine beträchtliche Anzahl an Personen, die gleichzeitig mit dem HI-Virus infiziert sind, den bei ihnen kommt es durch die HIV-Infektion zu einer wesentlichen Beeinträchtigung des Immunsystems. Die körpereigenen Abwehr- Mechanismen können einer Infektion mit Mykobakterien nicht mehr wirkungsvoll begegnen.
Auch stellt in Ländern der dritten Welt eine HIV-Infektion das größte Risiko der Reaktivierung einer latenten Tuberkulose dar (RAVIGLIONE et al., 1995). In Afrika steigen die Tuberkulose-Inzidenzen jährlich um bis zu 10 %. Allein in Malawi sind dabei bis zu 75 % der Tuberkulosepatienten gleichzeitig HIV-infiziert. TB ist hier die häufigste Todesursache für AIDS-Patienten (LODDENKEMPER, R., 2003).
Die Entwicklung multiresistenter Tuberkulosestämme (d.h. Resistenz gegen mindestens INH und RMP, MDR= multi drug-resistent) stellt ebenfalls ein schwerwiegendes Problem dar.
Häufige Ursache einer MDR-TB sind fehlende Tuberkulosekontrollprogramme oder Fehlbehandlung, schlechte Therapie-Adhärenz, unkontrollierte Verschreibung und Verkauf von TB-Medikamenten sowie die Anwendung qualitativ schlechter Medikamente mit verminderter Bioverfügbarkeit. Nach epidemiologischen Erhebungen der WHO sind im Jahr 2000 weltweit 273.000 Menschen (3,1 % aller Neuerkrankungen) an einer MDR-TB erkrankt.
Resistenzuntersuchungen in 54 Ländern zeigten für 1998 die höchste Resistenzrate für kombinierte MDR-TB (Neuerkrankte + Vorbehandelte) in Estland (18,1 %), Henan Provinz / China (9,4 %), Lettland (12 %) sowie Ivanovo Oblast (12,3 %) und Tomsk Oblast (13,7 %) in der Russischen Föderation.
Abb. 2.2 Resistententwicklung in Osteuropa (WHO-Report 2002). Die höchsten Resistenzraten für kombinierte MDR-TB (INH + RMP) finden sich in Estland, Lettland, sowie in den Regionen Tomsk Oblast und Ivanovo Oblast der Russischen Förderation.
In einer vom DZK in Zusammenarbeit mit 285 Gesundheitsämtern durchgeführten epidemiologischen Studie, welche vom Bundesministerium für Gesundheit und Soziale Sicherheit gefördert wurde, ergab sich im Jahr 2000 bei 2.780 kulturell gesicherten Lungentuberkulosen folgendes Resistenzmuster: 6 % der Bakterienstämme waren gegen INH, 1,9 % gegen RMP und 1,7 % gegen beide Medikamente resistent. Gegliedert nach Herkunftsland, zeigte sich bei Patienten aus den Staaten der ehemaligen Sowjetunion die höchsten Resistenzraten.
Unter Berücksichtigung der Daten des Arbeitskreises Mykobakterien und der durch das Nationale Referenz-Zentrum für Mykobakterien in Borstel registrierten Resistenz-Daten, muss für Deutschland davon ausgegangen werden, dass auch hier zunehmend MDR- Tuberkulosesstämme auftreten. Die Therapie einer multirestistenten Tuberkulose ist langwierig, kostspielig und kompliziert mit schlechten Heilungsaussichten.
Abb. 2.3 Resistenzmuster in Deutschland bezogen auf die Geburtsländern der Patienten 1996-2000 (DZK 2002). Gegliedert nach Herkunftsland, zeigen sich bei Patienten aus den Staaten der ehemaligen
Sowjetunion die höchsten Resistenzraten.
2.2.2 Ätiologie und Pathogenese
Die Tuberkulose ist eine chronische, in Zyklen verlaufende Allgemeininfektion. Sie wird beim Menschen durch die Erreger M. tuberculosis, M. africanum oder M. bovis hervorgerufen.
Die Übertragung erfolgt zu 99 % aerogen. Je kleiner die Aerosolpartikel sind, desto langsamer sedimentieren sie und desto tiefer dringen sie nach Einatmung ins Bronchialsystem ein.
Dadurch steigt die Infektionsgefahr (SALFINGER u. KAFADER, 1992). Gelangt der Erreger aus dem Erkrankten nach außen, so spricht man von einer „offenen“ Tuberkulose.
Grundsätzlich ist jeder Patient mit einer offenen TB hochkontagiös, denn das Sputum enthält in jedem Tropfen eine große Anzahl von Mykobakterien, die über die Luft in die Atemwege anderer Menschen gelangen (MATTHIESSEN et al., 1992). Die massivste Ausscheidung des Erregers erfolgt aus Kavernen, die Anschluß an das Bronchialsystem gefunden haben. Auch Kontakt- und Zwischenträgerinfektionen sowie Schmierinfektionen und seltene orale, konjunktivale oder traumatische Infektionen sind möglich.
Vorraussetzungen für eine Erkrankung ist die Infektion mit einer großen Bakterienmenge und die anschließende Erregervermehrung und -verbreitung. Typische Ausbreitungswege sind die lymphogene Steuung, die hämatogene Aussaat nach Einbruch in das Gefäßsystem oder nach lymphogener Ausbreitung über den Angulus venosus, die örtliche Ausbreitung sowie die kanalikuläre Aussaat bei verkästen und eingeschmolzenen Prozessen (MATTHIESSEN et al., 1992).
Generell unterscheidet man zwischen der primären und der postprimären Tuberkulose. Eine sogenannte primäre Tuberkulose entsteht nach einer ersten Exposition meist schon im Kindesalter durch die Inhalation von Aerosolen, die in den Teil der Lunge mit dem größten Gasaustausch gelangen. Als Erreger gilt fast auschließlich M. tuberculosis (BARON et al., 1994). In der Lunge bildet sich an der Eintrittspforte ein entzündlicher Primärherd aus, von dem die Erreger lymphogen zu den regionären Lymphknoten wandern und dort zu einer Lymphadenitis führen. Der tuberkulöse Primärkomplex („Ghon-Komplex“), der sich 10-14 Tage nach Erreger-Aufnahme entwickelt, umfasst den Lungenprimärherd, Lymphangitis und
Lymphadenitis. Er geht in der Regel ohne klinische Symptome einher und kann manchmal radiologisch als Zufallsbefund entdeckt werden (DEDIÉ et al., 1993). In 96-98 % der Fälle kommt es zu einem Stillstand dieser entzündlichen Prozesse, welche vorübergehend oder dauerhaft ausheilen (MATTHIESSEN et al., 1992). In der Lunge kommt es im Verlauf einer frühen exsudativen Antwort auf den Primärkomplex zu einer Infiltration polymorphkerniger Leukozyten und alveolären Ödemen. Die Mykobakterien werden von Leukozyten phagozytiert. Aufgrund ihrer Fähigkeit zum fakultativen intrazellulären Parasitismus sind die Bakterien in der Lage, sich in den Leukozyten zu vermehren und sie zu zerstören. Die produktive Antwort auf die Vermehrung der Erreger stellen die Granulome („Tuberkel“) dar.
Sie zeigen einen typischen Aufbau : im Zentrum bestehen sie aus organisierten Aggregationen von vergrößerten Makrophagen (Epitheloidzellen) sowie vielkernigen Langerhansschen Riesenzellen, die Tuberkelbazillen enthalten und in der Peripherie aus Lymphozyten, Makkrophagen und Fibroblasten. Im Zentrum des Granuloms entwickelt sich im Verlauf der Entzündung eine verkäsende Nekrose (BARON et al., 1994). Nach etwa vier Wochen entwickeln sich die humorale und zelluläre Abwehr. T-Lymphozyten setzen den Makrophagen aktivierenden Faktor frei, welcher die Alveolarmakrophagen aktiviert. Diese phagozytieren die Mykobakterien. Eine ausgeprägte zelluläre Immunantwort kann in den infizierten Bereichen zur Kalzifikation und Ausbildung einer Fibrose führen und somit zu einer Abheilung. Eine unzureichende zelluläre Abwehr kann zu einer Durchsetzung der befallenen Organe mit multiplen knötchenförmigen Herden führen als Folge einer hämatogenen Dissemination (Miliartuberkulose). Auch möglich ist eine protrahierte Generalisation, bei der je nach befallenem Organ eine pulmonale, typhöse oder meningitische Form im Vordergrund steht (MATTHIESSEN et al., 1992).
Bei der postprimären Tuberkulose fehlen Lymphknotenveränderungen, weil die Erregerausbreitung nicht mehr lymphogen und hämatogen erfolgt, sondern auf intrakanalikulären Wege. Sie ist Folge einer Reaktivierung alter Entzündungsherde einer Mykobakterien-Infektion bei einem Niederbruch der zellulären Abwehr (MATTHYS 2000). Die Erkrankung beginnt mit einer chronischen Entzündung. Diese ist oft im Lungenapex lokalisiert, denn hier kommt es im Verlauf der primären Tuberkulose zu einer Streuherdbildung mit Erregerablagerung. In Folge von Einschmelzprozessen kommt es zur Kavernenbildung oder auch einem Durchbruch ins Bronchialystem, wodurch Erreger in
andere Lungenbereiche aspiriert werden, die dann einen neuen Infektionsprozess durchlaufen (MATTHIESSEN et al., 1992).
2.2.3 Klinisches Erscheinungsbild
Die Tuberkulose verläuft im ersten Stadium oft ohne charakteristische Symptome.
Leistungsabfall, Appetit- und Gewichtsverlust, subfebrile Temperaturen, Nachtschweiß und Regelanaomalien können über Monate anhalten. Je nach betroffenem Organsystem können auch Heiserkeit, Husten, Halsschmerzen und Thoraxschmerzen (MAGNUSSEN u.
KANZOW 2001).
Bei einer pulmonalen Manifestation, welche sich durch persistierenden Husten, schleimig- eitrigen und manchmal blutigen Auswurf sowie Heiserkeit auszeichnet, unterscheidet man nach MATTHIESSEN et al. (1992) :
• die intrathorakale Lungentuberkulose mit intrathorakaler Lymphknotentuberkulose, die stenosierende Bronchustuberkulose, die Lungentuberkulose durch Lymphknoten- einbruch ins Bronchialsystem, und die hämatogene Lungentuberkulose und Pleuritis exsudativa tuberculosa
• die postprimäre Lungentuberkulose in Form einer Oberlappenspitzentuberkulose, einer lobulären Lungentuberkulose oder einer infiltrativen Lungentuberkulose
Diese einzelnen pulmonalen Tuberkuloseformen lassen sich röntgenologisch von einander abgrenzen (MATTYS 2000). Bei frischen, postprimären Lungeninfiltraten erkennt man auf dem Röntgenbild eine unscharfe Verdichtung, oft im Spitzenbereich der Lunge, die mit einem deutlich zu erkennendem Parenchymzerfall einhergeht. Bei der abgeheilten postprimären Infiltration findet man in denselben Bereichen schrumpfende Parenchymveränderungen, selten auch persistierende kavernöse Hohlräume und sogenannt „Tuberkulome“. Dabei handelt es sich um runde, glattwandige Pseudotumoren (DEDIÉ et al., 1993).
Bei einer Manifestation im Urogenitaltrakt ist das klinische Leitsymptom eine rezidivierende Pyelonephritis, die auch mit einer Hämaturie einhergehen kann (DEDIÉ et al., 1993).
Eine lymphogene Manifestation verläuft oft mit einer nicht-schmerzhaften Schwellung der zervikalen und supraklavikulären Lymphknoten, die dadurch benachbarte Strukturen komprimieren und so zu weiteren Symptomen führen können. Auch können die betroffenen Lymphknoten spontan perforieren und dann zur Fistelbildung neigen. Bei einem Befall der Hiluslymphknoten kann es zu einer Kompression der Bronchien und zu Segment- oder Lappenatelektasen kommen (MATTHYS 2000).
In Folge einer Knochen- und Gelenksmanifestation kommt es neben unspezifischen Symptomen vor allem zu Schmerzen aufgrund einer Arthritis und Osteomyelitis mit entsprechenden Funktionstörungen. Die bevorzugte Lokalisation stellen die Wirbelkörper dar, an denen die Erkrankung zu einer Kompression des Rückenmarkes mit motorischen Ausfallerscheinungen bis hin zu einer Querschnittslähmung führen kann (DIERICH et al., 2000). Oft sind aber solche Wirbelaffektionen (Spondylitis tuberculosa) im Gegensatz zu ausgedehnten Senkungsabzessen bei Befall der Wirbelsäule schlechter zu diagnostizieren.
Die Manifestation im Abdomen umfasst die Darmtuberkulose und die Peritonealtuberkulose.
Eine Darmtuberkulose mit bevorzugter Lokalisation im Ileocaecal-Bereich kann zu einem Ileus, Durchfall, blutigem Stuhl sowie zu Malabsoptions-Störungen führen. Eine Peritonealtuberkulose geht oft mit Obstipation, Meteorismus, Aszites und Peritonitis einher (DEDIÉ et al., 1993).
Vor allem bei Kleinkindern kommt es zu einer meningealen Manifestation. Diese Form der Tuberkulose verläuft schleichend und beginnt meist mit unspezifischen Symptomen : Abfall der Leistungsfähigkeit, Krämpfen, Erbrechen, Appetitlosigkeit und Wesensänderungen (DEDIÉ et al., 1993) Im Spätstadium kann es zu Hirnnervenlähmungen bis hin zur Bewusstlosigkeit kommen. Selbst nach erfolgreicher Therapie können neurologische Schäden zurückbleiben (MALTEZOU et al., 2000).
Im Rahmen einer seltenen und häufig letalen perikardialen Manifestation kann sich ein so massiver Perikarderguss entwickeln, dass das Herzminutenvolumen stark herabgesetzt ist (DEDIÉ et al., 1993).
Ebenfalls sehr selten ist die kutane Manifestation. Eine Form ist der Lupus vulgaris , welcher mit papulösen Entzündungen, in deren Zentrum sich abheilende sowie atrophische und ulzerierende Bereiche unterscheiden lassen, einhergeht. Bei der Tuberculosis verrucosa cutis entwickeln sich granulomatöse, warzenähnliche Läsionen (DIERICH et al., 2000).
2.2.4 Diagnose
Da die klinischen Symptome der Tuberkulose oft sehr unspezifisch ausfallen und sich nicht signifikant von denen anderer konsumierender Erkrankungen wie etwa Tumorleiden unterscheiden, ist eine sorgfältige Anamnese unerlässlich zur Erhebung einer ersten Verdachtsdiagnose. Oft geben Veränderungen im Blutbild des Patienten wie eine Leukozytose mit Linksverschiebung, eine stark erhöhte Blutsenkungsgeschwindigkeit und ein gesteigerter α-Globulinwert einen Hinweis auf ein akutes infektiöses Geschehen. Die Diagnostik stützt sich im Wesentlichen auf drei Säulen: auf die Tuberkulin-Diagnostik, die Röntgenuntersuchung sowie die Bakteriologie.
Der „Goldstandard“ der Tuberkulindiagnostik ist der intrakutane Test, welcher mit Tuberkulin-Einheiten durchgeführt wird. Als Tuberkulin bezeichnete Robert Koch den durch Kochen eingedickten gefilterten proteinhaltigen Überstand aus Flüssigkulturen von Tuberkulosebakterien. Die aus diesem Alttuberkulin durch Fällung mit Ammoniumsulfat gewonnenen Proteine bezeichnet man als gereinigtes Tuberkulin, das für den Tuberkulintest verwendet wird. Injiziert man einer mit Tuberkulosebakterien infizierten Person nach Entwicklung des Primärkomplexes, also 1-2 Wochen nach Infektionsbeginn, geringe Mengen von gereinigtem Tuberkulin intrakutan, so kommt es etwa 48 Stunden nach Injektion es bei infizierten (oder spezifisch sensibilisierten) Personen zu ausgeprägten Hautverdickungen. Es handelt sich hierbei um eine allergische Reaktion vom verzögerten Typ, die auch als Tuberkulinallergie bezeichnet wird. Die Fähigkeit zu dieser Reaktion nennt man Konversion.
Diese kann sowohl aufgrund einer Infektion als auch aufgrund einer Schutzimpfung mit BCG eintreten. Man unterscheidet verschiedene Arten der Durchführung des Tuberkulintestes:
• Der Morotest wird bei Kleinkindern bis zum Beginn der Schulzeit mittels Tuberkulin- haltiger Salben durchgeführt
• Der Tine-Test wird als Suchtest bei Reihenuntersuchungen angewendet. Dafür wird ein Nadelstempel verwendet, dessen vier Spitzen mit 5 I.E. gereinigten Tuberkulins beschickt sind
• Der Mendel-Mantoux-Test wird durch die intrakutane Infektion von 10 I.E. von gereinigtem Tuberkulin durchgeführt und dient der semiquantitativen Bestimmung der Tuberkulin-Allergie
Wenn kein Verdacht auf Tuberkulose besteht, führt man zunächst den Tine-Test durch. Muss eine Infektion mit Sicherheit ausgeschlossen werden, z.B. vor einer Impfung mit BCG, wird bei negativem Ausfall des Tine-Testes der Mendel-Mantoux-Test angeschlossen. Dabei werden zunächst 10 I.E. appliziert, bei negativem Ergebnis auch 100 I.E. (HAHN 1994). Der Nachteil dieser Testverfahren ist, dass man damit lediglich gegen das Tuberkulin gerichtete T- Zellen nachweisen kann, da es sich ja um eine zellvermittelte Überempfindlichkeitsreaktion des Patienten auf das infizierte Tuberkulin handelt. Eine solche Reaktion kann aber auch aus einer früheren Impfung oder Infektion resultieren, so dass ein positiver Tuberkulintest keine Aussage über eine akute Tuberkuloseinfektion zulässt (MATTHYS 2000).
Die Röntgenuntersuchung ist bei der Tuberkulosediagnostik von zentraler Bedeutung. Das Standardverfahren stellt nach wie vor die konventionelle Röntgenaufnahme dar.
Aufwendigere Methoden wie die Computertomographie oder die Kernspintomographie sind bei der Lungentuberkulose nicht unbedingt vorteilhafter und nur gelegentlich unter differentialdiagnostischen Gesichtspunkten wichtig. Bei extrapulmonaler Tuberkulose sind sie hingegen unverzichtbar (MALL, W., 2003).
Die endgültige Diagnose einer Tuberkulose lässt sich nur durch den kulturellen Nachweis des Erregers erbringen. Da Materialien von Tuberkulose-Patienten meist eine relativ geringe Erregermenge aufweisen, muss eine deutlich größere Materialmenge als bei schnellwachsenden Erregern (z.B. E. coli) zur Untersuchung gelangen. Zur kulturellen Anzucht eignen sich verschiedene Se- und Exkrete wie Sputum, Pleuraexsudat, Menstrualblut, Prostatasekret, Ejakulat, Synovia, Liquor cerebrospinalis, Stuhl, Urin und Nüchternmagensaft (FRIEDLAND 1999).
Zunächst erfolgt eine Homogenisierung des Untersuchungsmaterials. Dann muss die Begleitflora durch eine Alkali- oder Säurebehandlung abgetötet werden. Anschließend werden die Tuberkulosebakterien durch Zentrifugation angereichert und mindestens auf drei verschiedenen Kulturmedien verimpft. Zur Kultivierung eignen sich Nährmedien, welche Eigelb oder eine andere Lipidquelle enthalten wie Middlebrock 7H10 /11, Löwenstein-
Jensen-Medium, Gottsacker-Medium, Coletsos-Medium und das Petragnani-Medium (SALFINGER u. KAFADER 1992, FRIEDLAND 1999). Da Tuberkulose-Bakterien sich
langsam vermehren, kann man frühestens nach einer Bebrütungsdauer von 2-3 Wochen mit sichtbaren Kolonien rechnen.
Besteht der Verdacht einer Organtuberkulose, stellen Bioptate das geeignete Mittel zur Diagnose dar. Diese werden histologisch und zytologisch untersucht. Ein Teil wird für pathologisch-anatomische Untersuchungen in Formalin fixiert. Das Vorhandensein einer ephiteloidzelligen Granulomatose unterstützt die Diagnose einer Tuberkuloseinfektion (MATTHIESSEN et al., 1987).
Aus den Patientenproben können Direktpräparate (ausgenommem Stuhl und Urin) angefertigt werden . Diese werden nach Ziehl-Neelsen oder nach Kinyoun angefärbt. Dabei handelt es sich um zwei Färbemethoden, die die Säure-Alkoholfestigkeit der Mykobakterien ausnutzen, so dass die Mykobakterien in der Hellfeldmikroskopie rot auf blauem Untergrund erscheinen (MATTHIESSEN et al., 1987; FRIEDLAND 1999, Haas 2000). Allerdings lässt sich auf diesem Wege lediglich eine Aussage darüber machen, ob in einem Patientenisolat säurefeste Stäbchen vorhanden sind.
In jüngster Zeit haben Schnellverfahren Eingang in die Diagnostik gefunden, die eine wesentlich kürzere Diagnosezeit ermöglichen. Das BACTEC-System beruht auf dem Prinzip, dass stoffwechselaktive Tuberkulose-Bakterien aus radioaktiv markierter Glukose das Isotyp C 14 freisetzt, das dadiometrisch gemessen werden kann (FRIEDLAND 1999). Das Verfahren ermöglicht einen Erregernachweis innerhalb einer Woche. Es ist allerdings durch die Notwendigkeit der Entsorgung radioaktiven Abfalls belastet. Auch besteht die Möglichkeit, mit Hilfe der HPLC ( High Performance Liquid Chromatography ), der Gasflüssigkeits- Chromatographie oder der Dünnschicht-Chromatographie Fettsäureprofile von Mykobakterien, speziell von M. tuberculosis, zu erstellen und mit Daten bekannter Stämme zu vergleichen (FRIEDLAND 1999). Auch die Anwendung gentechnischer Verfahren kann
den Erregernachweis vereinfachen. Mit der Polymerasekettenreaktion (PCR) werden definierte Sequenzen der Mykobakterien-DNA, meist die Insertionssequenz 6110 oder auch das 16-rRNA-Gen, gezielt detektiert (MATTHIESSEN et al.,1987; FRIEDLAND 1999).
Auch eine Diagnose über die Serologie ist möglich, auch wenn sich die Methoden durch eine geringe Spezifität auszeichnen. Dabei kommen verschiedene ELISA-Techniken zur Anwendung, mit denen spezifische Mykobakterien-Proteine wie das 16 kDa hsp, das 30 kDa- Antigen , die 38 kDa-Antigene und das LAM (FRIEDLAND 1999).
Die Zuordnung eines Mykobakterienisolates erfolgt im Wesentlichen über kulturell- biochemische Eigenschaften, von denen eine Vielzahl beschrieben worden sind. Die gängigsten sind: Wachstumsintensität, Kolonieform, Pigmentbildung, Temperaturverhalten, Säurebildung auf Glycerin, Niazintest, Hemmstofftests mit BSH oder TCH und das Kletterphänomen. Eine besondere Möglichkeit bietet dabei auch die Nitratreduktion. Die Fähigkeit von M. tuberculosis, unter aeroben Bedingungen Nitrat zu Nitrit zu reduzieren ermöglicht die Abgrenzung dieser Spezies von M. bovis, BCG, M. africanum und M. microtii, die auch zum M. tuberculosis-Komplex gerechnet werden, aber nicht über diese Eigenschaft verfügen (VIRTANEN 1960; MATTHIESSEN et al., 1987; FRIEDLAND 1999).
2.2.4 Therapie und Prophylaxe
Zur Therapie der Tuberkulose stehen zahlreiche wirksame und - zumindest für Industriestaaten - auch überwiegend preisgünstige Medikamente zur Verfügung. In erster Linie sind dies Isoniazid (INH), Rifampicin (RMP), Pyrazinamid (PZA) und Ethambutol (EMB), zusätzlich auch Streptomycin (SM), das allerdings wegen seiner geringen therapeutischen Breite nur dann eingesetzt werden sollte, wenn Kontraindikationen gegen eines der vier zuerst genannten Medikamenten vorliegen (MALL, W., 2003). Generell sollte am Anfang jeder antituberkulösen Therapie eine Intensivbehandlung stehen, mit der durch die Anwendung der oben genannten Medikamente in einer Drei- oder Vierfachkombination die Keimzahl möglichst schnell verringert, eine kulturelle (Sputum -) Konversion erzielt und die Entwicklung sekundärer Resistenzen verhindert werden soll. Die sich anschließende
Stabilisierungsphase sollte dazu dienen, persistierenden Bakterien entgegenzuwirken und Rezidive zu vermeiden. Die Wahl der Medikamente richtet sich nach der möglichen Infektionsquelle, bestehenden Organfunktionsstörungen und dem eventuellen Vorliegen sekundärer Resistenzen durch ineffektive Vorbehandlung. Auch ist die Zuverlässigkeit des Patienten sehr wichtig für eine erfolgreiche Therapie. Nur wenn die Einnahme der Medikamente gesichert ist, können Rezidive mit sekundär resistenten Keimen ausgeschlossen werden. Die Therapiedauer hängt von der Ausdehnung der Tuberkulose und der verwendeten Medikamentenkombination ab (MATTHIESSEN et al., 1987).
Nach neuesten Empfehlungen des DZK wird bei Erwachsenen eine Vierfach-Kombination verabreicht, bestehend aus Isoniazid 5 mg/kg KGW, aus Rifampicin 10 mg /kg KGW, Pyrazinamid 25-35 mg /kg KGW und Ethambutol 20-25 mg/kg KGW. Diese Behandlung erfolgt über zwei Monate, eine viermonatige Behandlung mit Isoniazid und Rifampicin schließt sich an. Erforderlich sind regelmäßige Kontrollen von Blutbild und Leberwerten sowie während der Therapie mit Ethambutol auch augenärztliche Kontrollen.
Eine initiale Dreifachtherapie mit Isoniazid, Rifampicin und Pyrazinamid kommt als Ausnahme bei Kindern und bei pauzibazillären Tuberkulosen ohne Risikofaktoren für eine Resistenz in Betracht. Die Vierfachtherapie als Regelfall begründet sich durch die Zunahme der Resistenzraten speziell gegenüber Isoniazid. Eine Dreifachtherapie würde bei bestehender Isoniazid-Resistenz aufgrund der Unwirksamkeit von Pyrazinamid im nicht-sauren Milieu zu einer Rifampicin-Monotherapie führen. Diese birgt jedoch das Risiko der Entwicklung einer Rifampicin-Resistenz unter der Therapie (EWIG, S., 2001).
Bei der Anwendung der antituberkulösen Medikamentes sind auch ihre zahlreichen Nebenwirkungen nicht außer acht zu lassen. Besonders INH wirkt bei bestehenden Lebererkrankungen und möglicherweise auch bei Bestehen einer Schwangerschaft hepatotoxisch. Die Empfehlungen hinsichtlich eines Vorgehens bei nachweisbarer Hepatotoxizität (ohne Symptome einer akuten Hepatitis) bleiben uneinheitlich. Nach THOMPSON et al. (1995) sollte bei einem Anstieg der Transaminasen über ein Dreifaches der Norm zunächst INH abgesetzt, bei einer anschließenden Normalisierung der Werte kann es dann wieder eingesetzt werden. Andernfalls sollten auch die anderen potenziell hepatotoxischen Antituberkulotika abgesetzt werden. Diese Empfehlung kann durch eine Induktion einiger P-450-Enzyme durch RMP begründet werden, die in der Initialphase zu
einem vermehrten Anfall toxischer Metabolite des INH führen, während sich dieser Effekt nach Autoinduktion des RMP-Metabolismus wieder aufhebt (MUSCH et al., 1982).
Weiterhin bedingt INH eine Neuritis im peripheren Nervensystem, selten auch im N. opticus.
Übelkeit und Erbrechen, Gelenkschmerzen, Lupus-ähnliche Reaktionen, zerebellare Ataxien, Konvulsionen, Psychosen, Hyperglykämie, Agranulozytose und bei unterernährten Patienten auch Pellagra sind ebenfalls beschreiben worden (GRANGE u. ZUMLA 1999).
Auch Rifampicin führt trotz einer sehr guten antituberkulösen Wirkung zu einer Vielzahl von Wechselwirkungen mit körpereigenen und körperfremden Substraten. Liegt eine Leberschädigung vor, kann RMP zu weiteren hepatischen Erkrankungen führen. Nur selten treten Übelkeit und Erbrechen, abdominale Schmerzen und Diarrhoe, Hautauschläge, Urtikaria, Konjunktivitis sowie Hämlyse oder Thrombozytopenie-bedingte Purpura auf. Da RMP alle Körpersekrete orange einfärbt, ist es gleichzeitig einwirkungsvoller Indikator, um die ordnungsgemäße Einnahme des Medikamentes im Rahmen der Therapie zu überwachen (GRANGE u. ZUMLA 1999).
Die Verwendung von Ethambutol sollte bei Kindern vermieden werden. Bei Erwachsenen ist die am häufigsten beschriebene Nebenwirkung eine retrobulbäre Neuritis, die sich durch eine eingeschränkte visuelle Wahrnehmung, Farbblindheit und ein verkleinertes Sehfeld äußert.
Aus diesem Grund erfordert die EMB-Therapie immer eine augenärztliche Kontrolle. Selten kann auch eine periphere Neuritis auftreten (GRANGE u. ZUMLA 1999).
Pyroniazid wirkt ebenfalls hepatotoxisch. Bei der Therapie treten gehäuft Inappetenz sowie milde gastrointestinale Beschwerden und auch Gelenkschmerzen auf (GRANGE u. ZUMLA 1999).
Streptomycin (SM) sollte bei der Tuberkulose-Therapie nur eingesetzt werden, wenn bei dem zu behandelnden Patienten eine Kontraindikation gegen INH, PZA, EMB oder RMP vorliegt.
Es bindet an die 30S-Untereinheit ribosomaler RNA, vermindert die Proteinsynthese und verusacht Fehler beim Lesen der mRNA. Dies begünstigt die Entstehung einer Reihe von Nebenwirkungen wie z.B eine Oto-und Nephrotoxizität, selten auch neuromuskuläre Blockaden, Hypersensivitätsreaktionen mit makulopapilären Hautausschlägen, Fieber und Eosinophilie. Auch besitzt Streptomycin schon bei niedrigen Dosierungen eine lange
Halbwertszeit und aus diesem Grund nur eine geringe therapeutische Breite (GRANGE u.
ZUMLA 1999)
Die UN-Vollversammlung hat sich im September 2000 verpflichtet, innerhalb der nächsten zehn Jahre die Mortalität an TB und Malaria zu halbieren und die Rate neuer HIV-Infektionen um 25 % zu senken. Um die weltweit verheerenden Zahlen unter Kontrolle zu bekommen, haben UN und WHO als globales Kontrollziel bis 2005 beschlossen, 70 % aller Neuerkrankungen zu erkennen und 85 % davon erfolgreich zu behandeln. Bis 2050 soll die Tuberkulose als Public Health Problem keine Rolle mehr spielen. Um dieses Ziel erreichen zu können, müssen neben Bekämpfungsstrategien auch prophylaktische Maßnahmen ergriffen werden.
Um eine weitere Ausbreitung zu verhindern, bietet sich eine Impfung an. Zur Zeit ist dafür nur ein einziger Impfstoff zugelassen, der bereits zwischen 1908 und 1919 durch 230-faches Passagieren eines pathogenen Stammes von M. bovis auf in Rindergalle und Glycerol getränkten Kartoffelscheiben entstanden ist (CALMETTE, A., 1927). Dieser attenuierte Stamm wird nach seinen Urhebern BCG, Bacillus Calmette-Guérin, genannt und wurde 1921 erstmals als Impfstoff eingesetzt. Bis heute sind mehr als drei Milliarden Menschen mit diesem Lebendimpfstoff vakziniert worden, was BCG zu dem weltweit am häufigsten eingesetzten Lebendimpfstoff macht (MC KINNEY et al., 1998). Dieser kostengünstige, einen signifikanten Schutz vor einer Infektion mit M. tuberculosis vermittelnde Impfstoff galt lange als ideale Lösung im Kampf gegen die Tuberkulose. Bereits eine einmalige Applikation schien einen langanhaltenden Schutz zu vermitteln, Nebenwirkungen zeigten sich kaum und die Hitzeunempfindlichkeit von BCG ermöglichte den Einsatz auch in Ländern, in denen eine geschlossene Kühlkette nicht gewährleistet werden konnte (STOVER et al., 1991). Auch erwies sich eine Impfung im frühen Kindesalter als günstig, da BCG so eine besonders starke Immunität gegen eine Erkrankung an den schlimmsten Formen der Kindertuberkulose, nämlich der meningitischen und der disseminierten miliaren Form, vermittelt (MC KINNEY et al., 1998).
Doch gerade der häufige Einsatz von BCG macht es nötig, anhand von Studien seine Effektivität zu kontrollieren. So zeigten in den letzten 30 Jahren durchgeführte Erhebungen immer wieder Fakten auf, die den Traum vom idealen Tuberkulose-Impstoff zerplatzen ließen. Je nach Studie lag der durch BCG vermittelte Impfschutz zwischen 0 % und 80 % (BLOOM u. FINE 1994), was zu kontroversen Diskussionen bezüglich der Effizienz einer
BCG-Impfung führte. Im Rahmen der HIV-Pandemie kristallisierte sich noch ein weiteres Problem heraus: HIV-Patienten und andere immunsupprimierte Personen entwickeln nach einer Impfung mit BCG eine disseminierte BCGitis, die häufig einen letalen Ausgang zeigt (VON REYN et al., 1987; WELTMAN u. ROSE 1993 ; JOUANGUY et al., 1996;
NEWPORT et al., 1996).
Trotz der in einigen Studien nicht nachweisbaren Wirksamkeit und dem Provozieren einer generalisierten Infektion in immunsupprimierten Patienten wird von der WHO der Einsatz von BCG in Ländern mit hohem Tuberkuloseaufkommen empfohlen. Weltweit werden auch bis zu 85 % aller Neugeborenen gegen die Tuberkulose geimpft. Lediglich HIV-infizierte Kinder werden davon ausgenommen, da die Impfung auch bei ihnen zu einer Infektion führen kann. In Deutschland wird der Einsatz von BCG gegenwärtig nicht empfohlen.
Doch nicht nur eine Impfung kann der Tuberkuloseverbreitung entgegenwirken. Ihre Hauptursachen müssen mit intensiven Maßnahmen zur globalen Armutsbekämpfung beseitigt werden. Eine kosteneffektive und wirkungsvolle Maßnahme ist auch die DOTS-Strategie.
Dabei handelt es sich um ein Maßnahmenpaket, welches unter anderem politische Verantwortung, passive Fallfindung, standardisierte Behandlung, Bereitstellung der notwenigen Medikamente und Dokumentation der Fälle beinhaltet. Es wird geschätzt, dass nur jeder vierte Patient Zugang zu DOTS-Programmen hat, die somit der Ausdehnung bedürfen (LODDENKEMPER, R., 2003).
2.3 Tuberkulose bei Tieren
2.3.1 Epidemiologie und Bedeutung
Als Erreger der Tuberkulose der Haustiere kommen drei Arten von Mykobakterien in Betracht, wobei die Reihenfolge ihrer Auflistung auch ihre ätiologische Bedeutung widerspiegelt:
• Mycobacterium bovis, Erreger der Rindertuberkulose
