und Krankenhaushygiene der Medizinischen Hochschule Hannover
Nitratassimilation bei Mykobakterien
INAUGURAL-DISSERTATION
Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Sonja Schultze
aus Nienburg
Hannover 2004
Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Gerald-Friedrich Gerlach Prof. Dr. Franz-Christoph Bange 1. Gutachter: Prof. Dr. Gerald-Friedrich Gerlach
2. Gutachter: Prof. Dr. G. Klein
Tag der mündlichen Prüfung: 24. November 2004
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ... 1
2 Literaturübersicht... 3
2.1 Mykobakterien ... 3
2.1.1 Vorkommen und Klassifizierung ... 3
2.1.2 Charakteristika ... 4
2.1.2.1 Allgemeine Beschreibung ... 4
2.1.2.2 Resistenz gegen äußere Einflüsse ... 5
2.1.3 Differenzierungsmöglichkeiten... 6
2.2 Tuberkulose bei Tieren ... 7
2.2.1 Tuberkulose beim Rind ... 7
2.2.2 Tuberkulose bei kleinen Klauentieren... 11
2.2.3 Tuberkulose beim Pferd ... 12
2.2.4 Tuberkulose bei Hund und Katze... 12
2.2.5 Tuberkulose bei Vögeln ... 13
2.3 Tuberkulose beim Menschen ... 15
2.3.1 Historischer Hintergrund der humanen Tuberkulose ... 15
2.3.2 Epidemiologie ... 17
2.3.3 Ätiologie und Pathogenese... 19
2.3.4 Klinische Merkmale der Tuberkulose ... 21
2.3.5 Diagnostik ... 23
2.3.6 Therapie... 25
2.3.7 Impfung ... 26
2.4 Nitratmetabolismus von Bakterien... 28
2.4.1 Bakterielle Stickstoff-Respiration/Dissimilation ... 28
2.4.2 Bakterielle Stickstoffassimilation ... 30
2.5 Nitratmetabolismus von Mykobakterien... 34
2.5.1 Anaerober Nitratstoffwechsel ... 34
2.5.2 Assimilatorischer Nitratstoffwechsel ... 35
2.6 Zielsetzung der Arbeit... 38
3 Material und Methoden... 39
3.1 Material ... 39
3.1.1 Bakterienstämme... 39
3.1.2 Plasmide, Cosmide und Vektoren ... 39
3.1.3 Primer ... 42
3.1.4 Nährmedien und Zusätze... 43
3.1.5 Lösungen und Puffer ... 44
3.2 Methoden... 47
3.2.1 Kultivierung von Bakterien... 47
3.2.1.1 Kultivierung von E. coli... 47
3.2.1.2 Kultivierung von schnell- und langsamwachsenden Mykobakterien ... 48
3.2.2 Konservierung und Lagerung von Kulturen... 48
3.2.3 Herstellung elektrokompetenter Zellen... 48
3.2.3.1 Herstellung elektrokompetenter E. coli... 48
3.2.3.2 Herstellung elektrokompetenter Mykobakterien... 49
3.2.4 Transformation in elektrokompetente Zellen... 49
3.2.4.1 Transformation in E. coli HB101... 49
3.2.4.2 Transformation in schnellwachsende Mykobakterien... 49
3.2.4.3 Transformation in langsamwachsenden Mykobakterien (mit 10 %igen Glycerol)... 50
3.2.4.4 Transformation in langsamwachsenden Mykobakterien (mit Tris-HCL- Sucroselösung) ... 50
3.2.5 Homologe Rekombination ... 51
3.2.5.1 Selektion der Transformanten ... 51
3.2.5.2 „Ausloopen“ der Mutanten und anschließende Selektion... 51
3.2.5.3 Screening... 51
3.2.6 Erstellung, Markierung und Quantifizierung einer Hybridisierungssonde ... 52
3.2.7 Southernblotanalyse ... 52
3.2.8 Präparation von DNA... 54
3.2.8.1 Präparation von Plasmid-DNA... 54
3.2.8.2 Präparation von Plasmid-DNA mit Präparations-Kits ... 54
3.2.8.3 Präparation von genomischer DNA ... 55
3.2.9 Restriktionsspaltung... 55
3.2.10 Agarosegelelektrophorese ... 56
3.2.11 Gelbandenisolierung und -aufreinigung... 56
3.2.12 Aufreinigung von DNA aus Lösungen... 57
3.2.13 Verwendung von T4-Polymerase... 57
3.2.14 Verwendung des Klenow-Enzyms ... 57
3.2.15 Dephosphorylierung linearisierter Vektor-DNA... 58
3.2.16 Bestimmung des DNA-Gehaltes ... 58
3.2.17 Ligation ... 58
3.2.18 Glykogenfällung... 59
3.2.19 Polymerasekettenreaktion (PCR) ... 59
3.2.20 Sequenzierung ... 60
4 Ergebnisse ... 61
4.1 Charakterisierung der untersuchten Mutanten ... 61
4.2 Mutante #2009 ... 62
4.2.1 Vorarbeiten... 62
4.2.2 Klonierungsarbeiten zur Erstellung einer Deletionsmutante im Bereich des Regulatorgenes glnR bei Mycobacterium tuberculosis... 63
4.2.3 Überprüfung der homologen Rekombination mittels PCR ... 69
4.2.4 Bestätigung der homologen Rekombination durch eine Southernblot-Analyse ... 70
4.2.5 „Ausloopen“ des Wildtypgens und Positiv-/ Negativselektion... 72
4.2.6 Bestätigung der Mutante durch Southernblot-Hybridisierung ... 72
4.2.7 Funktionsassay der Mutanten... 73
4.3 Mutante #4376 ... 77
4.3.1 Charakterisierung der Mutante #4376... 77
4.3.2 Komplementationsversuche der Mutante #4376 mit Konstrukten der Cosmidbibliothek von Mycobacterium smegmatis... 77
4.3.3 Klonierungsarbeiten zur Einengung des komplementierenden Bereiches... 78
4.3.3.1 Klonierungsarbeiten mit dem KpnI-Fragment (pSS8) ... 79
4.3.3.2 Klonierungsarbeiten mit dem AccIII-Fragment (pSS22) ... 81
4.3.3.3 Phänotypische Untersuchung der erstellten Konstrukte... 83
4.3.4 Komplementationsversuche der Mutante #4376 mit der Nitritreduktase von M. tuberculosis... 84
4.3.5 Komplementationsversuch einer ∆nirB-Mutante von Mycobacterium
tuberculosis mit dem Cosmid pIW36 von Mycobacterium smegmatis... 85
5 Diskussion ... 87
5.1 Funktion des GlnR-Regulator bei Mykobakterien... 87
5.2 Nitratassimilation von M. smegmatis... 91
6 Zusammenfassung... 94
7 Summary... 96
8 Literaturverzeichnis... 97
9 Anhang ... 128
9.1 Alignment... 128
9.2 Rohdaten ... 133
9.3 Enzyme... 136
9.4 Kits ... 137
9.5 Chemikalien ... 138
9.6 Geräte ... 139
9.7 Verbrauchsmaterialien ... 140
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wichtige Eckdaten der Tuberkulosegeschichte ... 15
Abbildung 2: Nitratassimilation bei Bakterien am Beispiel von Klebsiella oxytoca (pneumoniae) ... 31
Abbildung 3: Nitratassimilation bei Mykobakterien... 36
Abbildung 4: Mutante #2009, #4376 und #5192 sowie der Wildtyp mc2 155 auf unterschiedlichen Nährböden (MB-, MB+NO3−- und 7H10-Platten) ... 61
Abbildung 5: Komplementierung der M. smegmatis-Mutante #2009 mit den Konstrukten pBA4, pBA7 und pBA 8 auf MB-, MB+Nitrat- und 7H10-Nährböden... 63
Abbildung 6: AatII-Fragment aus dem Konstrukt pBA4... 64
Abbildung 7: Klonierungsstrategie zur Erstellung von pSS2 ... 65
Abbildung 8: Erstellung der Konstrukte pSS3 und pSS4 ... 66
Abbildung 9: Vorgehensweise bei der Anfertigung der Konstrukte pSS5 und pSS6 zur Transformation in M. tuberculosis... 68
Abbildung 10: Darstellung der glnR-Sonde SS1/SS2 für die PCR zur Überprüfung der Cointegration ... 69
Abbildung 11: Gelelektrophorese der PCR mit den Primern SS1/SS2 zur Überprüfung der Rekombination... 70
Abbildung 12: Lage der Southernblot-Sonde SS5/SS6 und die daraus resultierenden Banden bei Einsatz der Restriktionsenzyme EcoNI und BlnI ... 71
Abbildung 13: Southern-Blot-Hybridisierung zur Bestätigung der Rekombination ... 71
Abbildung 14: Lage der Southern-Blot-Sonde und die daraus resultierenden Banden bei Verwendung der Restriktionsenzyme EcoNI und SacI ... 73
Abbildung 15: Southern-Blot-Hybridisierung zur Überprüfung der M. tuberculosis-Mutante mit Deletion im Genbereich Rv0818... 73
Abbildung 16: Überprüfung der Nitratassimilation der ∆glnR-Mutante SSC1 auf MB/OADC-, MB/OADC+Nitrat und 7H10/OADC-Nährböden... 74
Abbildung 17: Wachstum von M. tuberculosis H37Rv, ∆glnR M. tuberculosis H37Rv (SSC1 Nr. 5,11,16,17) OD600nm, MB/OADC-Medium mit 10mM KNO3, aerobe Bedingungen... 75
Abbildung 18: Wachstum von M. tuberculosis H37Rv, ∆glnR M. tuberculosis H37Rv (SSC1) OD600nm, MB/OADC-Medium mit 10mM Glutaminzusatz, MB/OADC-Medium mit 5mM Glutaminzusatz, MB/ADS-Medium mit CAA-Zusatz und MB/ADS- Medium, aerobe Bedingungen... 76
Abbildung 19: Wildtyp mc2 155 und die Mutante #4376 mit pIW36-40 komplementiert auf MB-, MB/NO3- und 7H10-Nährböden ... 78
Abbildung 20 Restriktionsverdau der M. smegmatis –Cosmide pIW36-40 mit dem Enzym KpnI ... 79
Abbildung 21: Insert pSS8 ... 79
Abbildung 22: Darstellung der möglichen komplementierenden Bereiche von pSS8... 80
Abbildung 23: Insert pSS22 ... 81 Abbildung 24: Übersicht der komplementierenden Konstrukte der Mutante #4376 (ohne
Darstellung des Vektoranteils) ... 82 Abbildung 25: Komplementierung der Mutante #4376 mit den Konstrukten pSS8-10 und
pSS20... 83 Abbildung 26: Komplementierung der Mutante #4376 mit den Konstrukten pSS21, pSS23-25
... 84 Abbildung 27 Komplementationsversuch der Mutante #4376 mit Nitritreduktase (pSM32-1
und pSM32-2) von M. tuberculosis... 85 Abbildung 28: Wachstum von M. tuberculosis H37Rv, ∆nirB M. tuberculosis H37Rv
(SM119) und SM119::pIW36 Nr. 4, 5, und 7, OD600nm, MB/ADS-Medium mit 10mM KNO2, aerobe Bedingungen... 86 Abbildung 29: Sequenzvergleiche zwischen der nirB-kodierten assimilatorischen
Niritreduktase von M. tuberculosis und den M. smegmatis-Konstrukten pSS22 (in der Abb. als AccIII_Smeg dargestellt), pSS21 (in der Abb. als BsaAI_KpnI dargestellt) und pSS25 (in der Abb. als SacII dargestellt). Vorhandene
homologe Bereiche sind umrandet dargestellt... 133
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Gruppeneinteilung von Mykobakterien nach Runyon ... 6
Tabelle 2: Gruppeneinteilung von Mykobakterien nach Böttger... 6
Tabelle 3: Verwendete Bakterienstämme ... 39
Tabelle 4: Verwendete Vektoren... 40
Tabelle 5: Verwendete Cosmide ... 40
Tabelle 6: Verwendete Plasmide... 41
Tabelle 7: Verwendete, selbstkonstruierte Plasmide... 42
Tabelle 8: Werte der Wachstumskurve von M. tuberculosis H37Rv, ∆glnR M. tuberculosis H37Rv (SSC1) OD600nm, MB/OADC-Medium mit 10mM Glutaminzusatz, MB/OADC-Medium mit 5mM Glutaminzusatz, MB/ADS-Medium mit CAA- Zusatz und MB/ADS-Medium, aerobe Bedingungen ... 134
Tabelle 9: Werte der Wachstumskurve von M. tuberculosis H37Rv, ∆glnR M. tuberculosis H37Rv (SSC1 Nr. 5, 11, 16, 17) OD600nm, MB/OADC-Medium mit 10mM KNO3, aerobe Bedingungen ... 135
Tabelle 10: Werte der Wachstumskurve von M. tuberculosis H37Rv, ∆nirB M. tuberculosis H37Rv (SM119) und SM119::pIW36 Nr.3, 4, 5, und 7, OD600nm, MB/ADS- Medium mit 10mM KNO2 aerobe Bedingungen... 136
Abkürzungsverzeichnis
A Adenin
Abb. Abbildung
ADS Albumin Dextrose Salz
AIDS Aquired Immune Deficiency Syndrome
(Erworbenes Immundefizienz Syndrom)
B. Bacillus
BCG Bacille Calmette Guérin
BSA Bovines Serum Albumin
bp Basenpaare
bspw. beispielsweise
bzw. beziehungsweise
C Cytosin
ca. circa
CFU Colony forming units
(Koloniebildende Einheiten)
∆ deletiert
d Tage
dest. H2O destilliertes Wasser
d. h. das heißt
DNA Desoxyribonucleic acid
(Desoxyribonukleinsäure) dNTP Desoynukleotidtriphosphat
DOTS directly observed therapy treatment short course (direkt überwachte Kurzzeittherapie)
DVG Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft E. coli Escherichia coli
EDTA Ethylene Diamine Tetra-Acetate (Ethylendiamintetraessigsäure) ELISA enzyme linked immunosorbent assay (Enzym-Immunoassay)
EMS Ethylmethansulfonsäure
evtl. eventuell
Fa. Firma
FAD Flavin-adenin-dinucleotid
G Guanin
GDH Glutamatdehydrogenase
GOGAT Glutamatsynthase
GS Glutaminsynthetase
x g Gravitationskonstante
h Stunde
HIV Humanes Immundefizienz Virus HPLC High Pressure Liquid Chromatography
Hrsg. Herausgeber
i. d. R. in der Regel
I. E. Internationle Einheiten INF-γ Interferon-γ
K. Klebsiella
kb Kilobasenpaare
KBE Koloniebildende Einheiten
kDa Kilodalton
kV Kilovolt
l Liter
LB-Medium Luria Bertani Medium
M Molar
M. Mycobacterium
mA Milliampère
MB-Medium Mykobakterien-Basissalz-Medium
MDR multi-drug resistent
(mehrfach resistent)
mg Milligramm
MHH Medizinische Hochschule Hannover
min Minute
ml Mililiter
mM Milimolar
mmol milimol
MOTT mycobacteria other than tubercle bacilli
(Mykobakterien außer Tuberkulosebakterien) mRNA messenger ribonucleic acid
(Boten-Ribonukleinesäure)
µF Mikrofaraday
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
NAD Nicotinamidadenindinukleotid
NADP Nicotinamidadenindinukleotid-phosphat
nm Nanometer
NTM Nichttuberkulöse Mykobakterien NUS Neue Unabhängige Staaten
OD Optische Dichte
PCR Polymerase chain reaction (Polymerasekettenreaktion)
pH negativ dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration
rpm rounds per minute
(Umdrehungen pro Minute)
SDS Sodiumdodecylsulfate
(Sodiumdodecylsulfat)
sek Sekunde
sog. sogenannte
T Thymin
TAE TRIS-Acetat-EDTA
Taq Thermus aquaticus
TE TRIS-EDTA
Tm Schmelztemperatur
TNF Tumornekrosefaktor
TRIS Tris(hydromethyl)aminoethan
U Unit
(Einheit)
USA United States of America
(Vereinigte Staaten von Amerika)
UV ultraviolett
v. Chr. vor Christus
WHO World Health Organisation (Weltgesundheitsorganisation) z. B. zum Beispiel
1 Einleitung
Infektionskrankheiten waren und sind auch heute noch eine Gefahr für die Menschheit.
Tuberkulose, auch Schwindsucht (Phthisis) genannt, ist eine chronisch verlaufende Infekti- onskrankheit, die laut Erhebungen der Weltgesundheitsorganisation (engl. World Health Or- ganization [WHO]) im Jahr zwei Millionen Todesfälle weltweit verursacht (WHO 2004).
Jährlich kommt es zu 8-9 Millionen Neuinfektionen. Insgesamt sind ungefähr ein Drittel der Weltbevölkerung mit Mykobacterium tuberculosis (M. tuberculosis), dem Erreger der Tuber- kulose, latent infiziert (ROBERT KOCH INSTITUT 2004). Tuberkulose ist somit die häu- figste bakteriell bedingte Todesursache auf der Welt.
Zur Zeit der industriellen Revolution, als die Bevölkerungsdichte in den Städten enorm an- stieg und sich die Krankheit ähnlich einem Seuchenzug ausweitete, spielte sie auch in Deutschland eine große Rolle. Im 19. Jahrhundert wurde sie zu einer „Kulterkrankung“, die unter anderem der Schriftsteller Thomas Mann in seinem Roman „Der Zauberberg“ aufgriff.
Über die Ursache der Tuberkulose wurde lange gestritten, bis 1882 Robert Koch entdeckte, dass es sich um eine bakterielle Infektion handelt und der Erreger M. tuberculosis ist.
Auch heute darf die Bedeutung der Tuberkulose in Deutschland nicht unterschätzt werden. Im Jahr 2002 wurden durch das Robert Koch Institut 7.684 Neuerkrankungen erfasst, so dass die Inzidenz bei 9,3 Erkrankungen pro 100.000 Einwohner lag. Im globalen Vergleich ist diese Inzidenz zwar relativ gering, aber durch Migration aus Osteuropa, vermehrtes Auftreten des Humanen Immundefizienz Virus (HIV) und multiresistente Bakterienstämme besteht die Ge- fahr einer Steigerung.
Weltweite Forschungen haben vor ca. 80 Jahren dazu geführt, dass ein Impfstoff aus dem Mycobacterium bovis Stamm Bacille Calmette Guérin (BCG) entwickelt wurde. Die große Hoffnung, mit diesem Impfstoff die Tuberkulose bekämpfen zu können, hat sich jedoch nicht erfüllt. Der Impfschutz zeigt zwar gegen die miliare Form der Tuberkulose beim Kleinkind eine gute Wirkung, aber bei der am häufigsten vorkommenden Lungentuberkulose weist er Wirkungsschwankungen zwischen 0% und 80% auf. Problematisch ist diese Impfung beson- ders bei immundefizienten Patienten, da sich bei ihnen eine meist letal verlaufende dissemi- nierte BCGitis entwickeln kann. Für die Wissenschaft hat nun die Entwicklung einer neuen, besser wirksamen Vakzine höchste Priorität. Die Grundvoraussetzung für die Entwicklung einer wirksamen Vakzine ist die genaue Kenntnis einzelner Stoffwechselwege.
Diesem Ziel dient die vorliegende Arbeit, die die nähere Untersuchung der Nitratassimilation bei Mykobakterien beinhaltet. Bei der Assimilation wird Nitrat über Nitrit zu Ammonium reduziert und anschließend zur Synthese stickstoffhaltiger Zellmaterialien verwendet.
Bislang ist bekannt, dass bei M. tuberculosis die assimilatorische Nitratreduktion durch narGHJI und die Nitritreduktion durch das Gen nirBD vermittelt wird (JÄGER 2003).
HARTH und Mitarbeiter zeigten bei M. tuberculosis die Funktion der glnA kodierten Gluta- minsynthetase (HARTH et al. 19997). Auch ein GlnR-Regulator, der mit der Nitratassimilati- on in Verbindung steht, wurde identifiziert (ACKERMANN 2001). Dieser Regulator reguliert bspw. bei Streptomyces coelicolor die Expression der Glutaminsynthetase. Ob GlnR eine ähn- liche Funktion bei M. tuberculosis besitzt, wurde in dieser Arbeit durch Erstellung einer
∆glnR-Mutante untersucht.
Die Nitratassimilation bei Mycobacterium smegmatis war bis zu Beginn dieser Arbeit noch gänzlich unerforscht. Durch Klonierungen wurde ein Gen eingegrenzt, dass unmittelbar mit der Nitratassimilation in Zusammenhang steht und so zur Aufklärung des Metabolismus bei M. smegmatis dienen sollte.
2 Literaturübersicht
2.1 Mykobakterien
2.1.1 Vorkommen und Klassifizierung
Mykobakterien gehören zur Ordnung Actinomyceales und sind die einzige Gattung der Fami- lie Mycobacteriaceae.
Die Gattung Mycobacterium umfasst mehr als hundert Spezies, die obligat oder fakultativ pathogen sowie rein saprophytär sind (NICOLET 1985).
Die saprophytären Umweltkeime kommen am häufigsten vor. Hierzu gehören zum Beispiel Mycobacterium (M.) fortuitum, M. marinum, M. smegmatis, sowie M. terrae, M. gordonae, M. phlei und M. kansasii. Sie sind hauptsächlich in Wald- und Ackerböden, sowie in Schwimmbädern, Aquarien, natürlichen Gewässern und teilweise auch im Staub zu finden (DEDIÈ et al.1993, SZEWZYK et al. 2000). Im Staub ist zwar kein Wachstum der Bakterien nachweisbar, aber unter trockenen Bedingungen sind sie über Wochen bis Monate überle- bensfähig und können auf diesem Wege weit verbreitet werden (SCHULZE-RÖBBECKE, 1993).
Die obligat pathogenen Mykobakterien, wie M. tuberculosis, M. africanum, M. microti und M. bovis werden dem M. tuberculosis–Komplex zugeordnet. Sie sind Erreger der klassischen Tuberkulose. Das ebenfalls pathogene M. leprae verursacht das Krankheitsbild der Lepra. Die Gruppe dieser Mykobakterien sind auf einen Wirt angewiesen (SCHULZE-RÖBBECKE 1993, DEDIÈ et al.1993, KAYSER et al. 1998). So ist der Mensch Hauptwirt von M. tubercu- losis, M. africanum und M. leprae, das Rind Hauptwirt von M. bovis und die Wühlmaus Hauptwirt von M. microti (NICOLET 1985, HOF & DÖRRIES 2002). Die eigentliche Über- tragung geht von allen drei Hauptwirten aus, dabei kann aber besonders bei M. bovis eine ak- tive Infektionskette zwischen anderen Haustieren, Wildtieren und dem Menschen beobachtet werden (NICOLET 1985, WILESMITH & CLIFTON-HADLEY 1994).
Als letzte Gruppe sind die fakultativ pathogenen Mykobakterien zu nennen, die auch als My- kobakterien, die keine Tuberkulose und keine Lepra erzeugen, definiert und unter dem Begriff MOTT (engl. mycobacteria other than tubercle bacilli) zusammengefasst werden (HOF &
DÖRRIES 2002). Hierzu zählen unter anderem M. avium und M. intercellulare, die aufgrund der strukturellen Übereinstimmung zum M. avium–Komplex (MAC) zusammengefasst wer- den (DEDIÈ et al.1993, HAHN et al. 2001, METCHOCK et al. 1999). M. avium subspecies avium ist ubiquitär und Haupterreger der aviären Tuberkuklose. Es hat ein breites Wirtspekt-
rum, das hauptsächlich Vögel, aber auch Säuger und Menschen umfasst. Für den Menschen ist es nur dann pathogen, wenn der Immunstatus herabgesetzt ist und ein entsprechend hoher Infektionsdruck vorliegt. M. avium subspecies paratuberculosis ist der Erreger der Paratuber- kulose beim Wiederkäuer und steht im Verdacht, beim Menschen Verursacher von Morbus Crohn zu sein.
M. avium subspecies silvaticum verursacht die Paratuberkulose beim Säuger und die Tuberku- lose beim Vogel (SCOPE 1999). Da die Tuberkulose beim Vogel stets eine offene Form ist, wird der Erreger massenhaft freigesetzt und kann bis zu sieben Jahre im Boden überleben. Im Gegensatz zu M. avium lebt M. intracellulare nicht parasitär, sondern ist im Grünfutter und auf Weiden zu finden und nur sporadisch im tierischen Organismus oder Kuhmilch nachzu- weisen. Die Gefahr, dass Menschen eine solche Mykobakterioseninfektion erleiden, ist bei Kleinkindern, oder bei Menschen mit einer Immundefizienz am höchsten (DEDIÈ et al. 1993, HAHN et al. 2001).
2.1.2 Charakteristika
2.1.2.1 Allgemeine Beschreibung
Mykobakterien sind schlanke, gerade bis leicht gekrümmte 0,2–0,6 x 1,0–10µm lange, unbe- wegliche Stäbchen, die keine Sporen bilden (SALFINGER & KAFADER 1992, KAYSER et al. 1998, BÖTTGER 2001, METCHOCK et al. 1999). Sie werden den Gram-positiven Bakte- rien zugeordnet, obwohl die Anfärbbarkeit in der Gramfärbung nur sehr schwach oder gar nicht ausgebildet ist. Es werden weitere Differenzierungsfärbungen benötigt, um einen ein- deutigen Nachweis von Mykobakterien zu erbringen. Diese Färbemethoden, zu denen die Ziehl-Neelsen- und die Auraminfärbung gehören, funktionieren, indem das enthaltene Karbol- fuchsin mit den Mykolsäuren der Zellwand einen Komplex bildet. Dieser Komplex kann mit Salzsäure-Alkohol nicht wieder aufgelöst werden. Deshalb werden die Mykobakterien auch als säurefest bezeichnet (PETZOLD & KIRCHHOFF 1986, SALFINGER & KAFADER 1992, HAHN et al. 2001). Sie wachsen unter aeroben bis mikroaeroben Bedingungen bei ei- nem Kohlenstoffdioxid (CO2)-Gehalt von 5-10%. Die optimale Wachstumstemperatur beträgt 37°C.
Die Struktur der Zellwand der Mykobakterien ist in Schichten eingeteilt, welche von innen nach außen, aus Murein, Arabinogalaktan, Mykolsäuren und Glykolipiden aufgebaut ist (KAYSER et al. 1998). Von besonderer Bedeutung ist der Lipidgehalt, der bei den
Saprophyten bei 8,4% und bei den Tuberkuloseerregern bei 13,4-23,8% liegt (WILSON &
MILES 1964). Der Anteil an Glykolipiden und Wachsen (bis zu 60% der Bakterientrocken- substanz) ist verantwortlich für die Resistenz der Mykobakterien gegen chemische und physi- kalische Noxen (CARTER & WISE 2004). Er bewirkt ihr langsames Wachstum, da die Nähr- stoffe nur mit geringer Geschwindigkeit ins Zellinnere diffundieren können und ist verant- wortlich für die geringe Permeabilität für Antibiotika (HOF & DÖRRIES 2002). Betrachtet man die biochemische Struktur der Zellwand können vier Wachse (A bis D) differenziert werden. Wachs C enthält das Mykosid Trehalose-6,6’-dimycolat, das als Cordfaktor bezeich- net wird und verantwortlich für die zopfartige Bildung von Bakterienaggregaten ist. Wachs D hat die besondere immunologische Fähigkeit als Adjuvans die humorale und zelluläre Im- munantwort zu steigern (COLLINS 1989, HAHN et al. 2001, HOF & DÖRRIES 2002). Die enthaltenen Phosphatide führen als Reizstoffe im Körper des Wirtes zur Bildung von Granu- lomen. Tuberkulin, ein Hapten der Zellwand wird in gereinigter Form für den Nachweis eines Kontaktes mit Mykobakterien verwendet (KAYSER et al. 1998).
2.1.2.2 Resistenz gegen äußere Einflüsse
Mykobakterien sind gegen zahlreiche Einwirkungen resistent. Aufgrund ihrer wachsartigen Oberfläche überstehen sie Austrocknung und können so mehrere Wochen in der Luft und im Hausstaub überleben (MIMS et al. 1996). In Fäkalien, Gülle und Abwässern können sie bis zu 6 Monaten überleben Der Kontakt mit Säuren oder Basen führt ebenfalls nicht zum Abster- ben. Man kann lebende Mykobakterien durch Gewinnung von Magensaft bei Tuberkulosepa- tienten, die abgehustetes Sputum geschluckt haben, nachweisen (HAHN et al. 2001). Durch Erwärmung auf über 100°C über einen bestimmten Zeitraum sterben die Mykobakterien je- doch schnell ab (SELBITZ 2002). Ein Beispiel, bei dem Mykobakterien durch gezielte Er- wärmung abgetötet werden sollen, ist die Milchpasteurisierung. Werden die Bakterien ultra- violettem (UV) Licht unter 300nm, direktem Sonnenlicht und oxidierenden Verbindungen ausgesetzt, so sterben sie nach kurzer Zeit ab (DEDIÈ et al.1993).
Bei der Auswahl eines geeigneten Desinfektionsmittels sollte auf die Desinfektionsmittelliste der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft (DVG) zurückgegriffen werden. In dieser Liste sind alle Desinfektionsmittel aufgeführt, die sich als wirksam gegen Mykobakterien erwiesen haben, wie z. B. Formaldehyd, chlorabspaltende Mittel, Kresole, quarternäre Am- monium- oder Peroxidverbindungen (DVG 2003).
2.1.3 Differenzierungsmöglichkeiten
Die in Kapitel 2.1.2.1 vorgestellten Spezialfärbungen sind zur Diagnosefindung nicht ausrei- chend. Deshalb berücksichtigt die Einteilung nach RUNYON und TIMPE die Kulturmor- phologie, insbesondere das Pigmentationsverhalten und die Wachstumsgeschwindigkeit (RUNYON & TIMPE 1959).
Gruppeneinteilung Charakteristische Eigenschaften
Runyon- Gruppe I • langsamwachsende photochromogene Mykobakterien;
Farbstoffbildung findet nur nach Lichtexposition statt Runyon- Gruppe II • langsamwachsende skotochromogene Mykobakterien, ei-
ne Farbstoffbildung findet auch im Dunkeln statt
Runyon- Gruppe III • langsamwachsende, keinen Farbstoff bildende Mykobak- terien
Runyon- Gruppe IV • schnellwachsende Mykobakterien
Tabelle 1: Gruppeneinteilung von Mykobakterien nach Runyon
Quelle: eigene Darstellung in Anlehnung an HOF & DÖRRIES 2002, CARTER &WISE 2004
Das Maß für die Wachstumsgeschwindigkeit ist die Kulturzeit. Sie wird danach bestimmt, wieviel Wachstumszeit eine Kolonie auf dem Nährboden benötigt, um für das menschliche Auge sichtbar zu werden.
Bei den schnellwachsenden Mykobakterien können schon nach einer Woche Kolonien identi- fiziert werden, während es bei den langsamwachsenden Mykobakterien mindestens sechs bis acht Wochen dauert, bis ein Wachstum sichtbar wird (HOF & DÖRRIES 2002).
Da bei dem Pigmentationsverhalten innerhalb einer Spezies Schwankungen auftreten können, wird diese Einteilung nur noch ergänzend angewendet.
Eine Einteilung in Risikogruppen aufgrund der unterschiedlichen Pathogenität ist von BÖTTGER vorgenommen worden (BÖTTGER 1991).
Gruppeneinteilung pathogene Eigenschaft klinische Relevanz Risikogruppe I saprophytäre Mykobakterien
zum Beispiel (z.B.) M. smegmatis
selten Risikogruppe II fakultativ pathogene Mykobak-
terien z.B. M. ulcerans
bei immunsupprimierten Patienten
Risikogruppe III obligat pathogene Mykobakte- rien z.B. M. tuberculosis
immer
Tabelle 2: Gruppeneinteilung von Mykobakterien nach Böttger Quelle: eigene Darstellung in Anlehnung an BÖTTGER 1991
Eine endgültige Differenzierung ist nur durch eine Kombination von biochemischen Profilen und genotypischen Untersuchungen zu erreichen (TORTOLI 2003). Das biochemische Profil wird beispielsweise (bspw.) durch Untersuchungen, wie Nitratreduktion, Katalaseaktivität und Niacinbildung bestimmt (HOF & DÖRRIES 2002). Genotypische Untersuchungen basieren auf Sequenzierungsanalysen des 16S rRNA-Gens oder des 65-kDa Hitze-Schock-Proteins.
Auch die Analyse der Mykolsäuren durch unterschiedliche Chromatographiemethoden sind hilfreich für die nähere Bestimmung und taxonomische Einordnung der einzelnen Spezies (PITULLE et al. 1992, TORTOLI 2003).
2.2 Tuberkulose bei Tieren
Mykobakterien sind von großer veterinärmedizinischer Bedeutung, da sie zu den wichtigsten bakteriellen Infektionserregern zählen. Die Vielzahl der Arten, die z.T. sehr unterschiedliche Erkrankungen hervorrufen, sollen hier nicht im Vordergrund stehen. Schwerpunkt dieser Dis- sertation ist die Tuberkulose, weshalb im Folgenden nur auf die Tuberkuloseerreger näher eingegangen werden soll.
2.2.1 Tuberkulose beim Rind
Haupterreger der Rindertuberkulose ist M. bovis, das zum M. tuberculosis–Komplex gezählt wird.
Epidemiologie:
M. bovis ist weltweit verbreitet und besitzt ein großes Wirtsspektrum. Dennoch tritt die Rin- dertuberkulose in den meisten entwickelten Ländern wie z. B. Deutschland oder Kanada nur noch selten auf (HUNTER 1996). In Ländern wie Großbritannien oder Neuseeland treten hin- gegen wieder vermehrt Tuberkulosefälle beim Rind auf, da hier vor allem Wildtiere als Erre- gerreservoir zur Verbreitung der Krankheit beitragen (CLIFTON-HADLEY & WILESMITH 1991, MORRIS et al. 1994). In Großbritannien aber auch in Irland ist der Dachs (Meles meles) als Erregerreservoir ermittelt worden (OLEA-POPELKA et al. 2003). Man hat herausgefunden, dass ein infizierter Dachs ungefähr drei Jahre lang M. bovis mit dem Harn oder Kot ausscheidet. Danach kann dieser Keim noch zwei Jahre im Boden überdauern.
Fressen Rinder auf einer solch kontaminierten Weide, können sie sich über das Gras mit dem Erreger infizieren (SHAKESPEARE 2002, QUINN & MARKEY 2003). Über eine geeignete Bekämpfungsmaßnahme mittels Impfung der Dachspopulation in Großbritannien und Irland wird bereits seit Jahren diskutiert (HUGHES et al. 1996, GORMLEY & COSTELLO 2003).
In Neuseeland stellt ein kleines Beuteltier, das Opossum (Trichosurus vulpecula) das größte Erregerreservoir für M. bovis dar (COLEMAN & COOKE 2001, CORNER et al. 2003). Da diese wildlebenden, mit M. bovis infizierten Tiere nur schwer zu bekämpfen sind, stellen sie eine andauernde Gefahr für alle Haustiere dar (DE LISLE et al. 2002).
Wenn Tuberkulose in einem Rinderbestand vorkommt, hängt sie unmittelbar von unterschied- lichen Einflussfaktoren, wie bspw. Besatzdichte, Alter der Tiere, Haltungsweise und Tierver- kehr ab (QUINN & MARKEY 2003). Die Übertragung des Erregers erfolgt hauptsächlich als Tröpfcheninfektion auf aerogenem Weg. Eine orale Aufnahme oder direkter Kontakt mit er- regerhaltigen Ausscheidungen wie Bronchialschleim, Milch, Faeces oder Ejakulat kann aber ebenfalls zu einer Infektion führen (COSIVI et al. 1995). Die bovine Tuberkulose ist eine der wichtigsten Zoonosen. M. bovis kann somit vom Rind auf den Menschen, aber auch vom Mensch auf das Rind übertragen werden (FRITSCHE et al. 2004). In Afrika ist bei Menschen neben einer sehr hohe Infektionsrate mit M. tuberculosis auch die Infektion mit M. bovis sehr häufig. Neben den als Haustieren gehaltenen Rindern, Ziegen und Schafe sind hier auch die wildlebenden Ruminaten wie z. B. Büffel und Carnivoren als Erregerreservoir nicht zu unter- schätzen (AYELE et al. 2004). Weitere mögliche Ansteckungsquellen für Mensch und Rind sind andere Ruminaten, wie Schafe, Ziegen (MORRIS et al. 1994) oder Rotwild, aber auch Zootiere (THOREL et al. 1998), Pferde, Schweine, Hunde und Katzen (O`REILLY &
DABORN 1995).
Pathogenese:
Nach Kontakt mit M. bovis werden die Mykobakterien von Makrophagen aufgenommen, aber nicht inaktiviert. Es entsteht eine lokale Entzündungsreaktion, die auch Primärherd genannt wird. Über afferente Lymphbahnen gelangen die Bakterien in den regionalen Lymphknoten.
Es entsteht der Primärkomplex. Abhängig vom Immunstatus des Wirtes entstehen unter- schiedliche Gewebeschädigungen und Verlaufsformen (PALMER et al. 1999). Man unter- scheidet proliferative und exsudative Entzündungsprozesse. Charakteristisch für die prolifera- tive Reaktion ist die Vermehrung von Lymphozyten und die Stimulation der Makrophagen- aktivität. Die Wechselwirkungen zwischen dem Erreger und den Makrophagen bewirken die Mobilisation von Granulozyten und die Bildung von Riesenzellen. Durch eine typische An- ordnung dieser Entzündungszellen entsteht ein Granulom, das auch Tuberkel genannt wird.
Die zentrale Nekrose des Granuloms kann sekundär verkäsen und anschließend verkalken (BUCHAN & GRIFFIN 1990). Die exsudative Form ist durch Ansammlung eiweißhaltigen Exsudates gekennzeichnet, die zu einer Koagulationsnekrose führt. Ist bei einer Erstinfektion
ein Primärkomplex entstanden, so kann er im günstigsten Fall durch Vernarbung und Verkal- kung abheilen (TRAUTWEIN 2002). Bei einer Beeinträchtigung des Immunsystems kann ein solcher Primärkomplex auch nach längerer stationärer Phase reaktiviert werden. Die Bakteri- en aus dem Tuberkel gelangen auf hämato- und lymphogenem Wege in andere Organe und bilden multiple Granulome, was als Frühgeneralisation bezeichnet wird. Hierbei kann auch eine Meningitis verursacht werden (ROELS et al. 2003). In einer klinischen Studie wurden die häufigsten Lokalisationen der Granulome untersucht. Es zeigte sich, dass sie vor allem in der Lunge, in den tracheobronchalen und mediastinalen Lymphknoten zu finden sind (PALMER et al. 2002). Die anschließenden postprimären Prozesse treten dann auf, wenn die tuberkulöse Erkrankung erneut aktiviert wird (Exazerbation) oder eine wiederholte exogene Ansteckung (Superinfektion) vorliegt. Kennzeichnend für diesen Prozess ist die kanalikuläre Ausbreitung bspw. über Bronchien, Trachea oder Ducus lactiferi. Sie bedingt eine chronische oder isolierte Organtuberkulose, die auch als „offene Tuberkulose“ bezeichnet wird. Tritt eine zusätzliche Belastung, z.B. durch hohe Milchleistung oder eine Kalbung auf, kommt es letzt- endlich zum Versagen der zellulären Immunantwort und führt zur Sekundärgeneralisation oder Niederbruchphase mit tödlichem Ausgang (QUINN & MARKEY 2003).
Klinik:
In der Phase des Primärkomplexes sind kaum Anzeichen einer Erkrankung festzustellen. Nur während einer Fleischbeschauung können mögliche Veränderungen entdeckt und ein Ver- dacht geäußert werden. Klinisch manifeste Krankheitssymptome, wie Inappetenz, Fieber- schübe, Mattigkeit und schnelle Abmagerung, können erst Jahre später auftreten. Bei der chronischen Rindertuberkulose können je nach betroffenem Organ, matter Husten mit schlei- migen Auswurf, Diarrhoe oder auch eine miliar-tuberkulöse Mastitis entstehen (QUINN &
MARKEY 2003).
Diagnostik:
Um eine sichere Diagnose stellen zu können, sind klinische, bakteriologische, serologische, allergische, molekularbiologische und pathologisch-anatomische Untersuchungsmethoden möglich (TRAUTWEIN 2002).
Das wichtigste diagnostische Instrument war jahrzehntelang der Tuberkulin-Test, der seit 1952 in Deutschland erfolgreich zur Bekämpfung der Tuberkulose eingesetzt wurde. Seit 1978 ist die bovine Tuberkulose in Deutschland getilgt (SELBITZ & BISPING 1995). Heute wird die Tuberkulinprobe nicht mehr regelmäßig durchgeführt. Eine diagnostische Untersu-
chung mittels Originalausstrich kann nach auffälliger Schlachtkörperuntersuchung eingeleitet werden.
Liegt ein Tuberkuloseverdacht bei einem lebenden Tier vor, dann kommt der oben genannte Tuberkulin-Test zum Einsatz. Laut der VERORDNUNG ZUM SCHUTZ GEGEN DIE TU- BERKULOSE DES RINDES (Neufassung von 1997) werden 5.000 Internationale Einheiten (IE) Tuberkulin intrakutan an der Schulter oder am Hals injiziert. Drei Tage später wird mit- tels Federkutimeter die Hautdickenzunahme ermittelt (QUINN & MARKEY 2003). Bei einer vorliegenden Mykobakterieninfektion kommt es zu einer allergischen Reaktion vom verzö- gerten Typ (Typ IV) (TRAUTWEIN 2002). Ist eine Hautdickenzunahme von mehr als 4mm zu verzeichnen, ist der Test positiv. Liegt der Wert unter 2mm, so ist der Test negativ. Bei Werten zwischen 2 und 4mm lässt der Test keine klare Bewertung zu (VERORDNUNG ZUM SCHUTZ GEGEN DIE TUBERKULOSE DES RINDES 1997). Bei einer Studie in Großbri- tannien wurden pathologische Untersuchungen an Rindern durchgeführt, die im Tuberkulin- test eine positive Reaktion zeigten. Es zeigte sich, dass in 78% der Fälle auch tuberkulöse Läsionen zu finden waren (CORRY & HINTON 1997). Bei einem zweifelhaften Ergebnis des Tuberkulintests folgt die simultane Untersuchung mit bovinen und aviären Tuberkulin. Fällt dieser Test positiv aus, so wird die Tötung des Tieres angeordnet (VERORDNUNG ZUM SCHUTZ GEGEN DIE TUBERKULOSE DES RINDES 1997). In Australien, Großbritan- nien und Irland wird bei zweifelhaften Befunden die Diagnose durch andere Verfahren, wie Interferon-γ-Test, Enzym-Immunoassay (ELISA engl.: enzyme linked immunosorbend assay) oder über die Amplifizierung der 16S rRNA-Sequenz IS6110 mittels Polymerasekettenreakti- on (PCR) abgesichert (CARTER & WISE 2004). In Neuseeland sind spezielle Bluttests für Rehwild entwickelt worden, da die technische Durchführung des Tuberkulintests sich als sehr schwierig herausstellte. Bei diesem Test werden Lymphzyten, Entzündungsprodukte und An- tikörper untersucht. So gelang erstmals bei dieser Tierart eine diagnostische Maßnahme mit einer Sensivität von 95% und einer Sensibilität von 98% zu etablieren (GRIFFIN & BU- CHAN 1994).
Bekämpfung:
Die bovine Tuberkulose gehört in Deutschland zu den anzeigepflichtigen Tierseuchen.
Tritt die Tuberkulose auf, so muss gemäß der Verordnung zum Schutz gegen die Tuberkulose vom März 1997 gehandelt werden:
⇒ So müssen alle im Tuberkulintest positiven Tiere getötet werden.
⇒ Besteht nur ein Verdacht, so kann das auffällige Tier getötet werden.
⇒ Heilversuche oder Impfungen sind verboten (VERORDNUNG ZUM SCHUTZ GEGEN DIE TUBERKULOSE DES RINDES 1997).
In Ländern wie Großbritannien und Neuseeland mit einer hohen Prävalenz der Rindertuberku- lose hat die Entwicklung einer geeigneten Vakzine höchste Priorität, um eine langfristige Era- dikation dieser Krankheit zu erreichen (MUSTAFA et al. 2002). Problematisch an der Imp- fung ist, das die Spezifität des Tuberkulintests herabgesetzt wird und so nach erfolgter Imp- fung als diagnostisches Mittel wegfällt (SUAZO et al. 2003).
Abschließend wird auf die Infektion mit M. tuberculosis kurz eingegangen, da sie auch beim Rind vorkommen kann, aber nur eine geringe epidemiologische Bedeutung hat.
Eine solche Infektion führt zu minimalen Lymphknotenläsionen, nicht aber zur Ausbildung des typischen generalisierten Tuberkulosekrankheitsbildes. Beachtet werden muss, dass eine M. tuberculosis-Infektion zu einer Tuberkulinsensivität führt (SELBITZ 2002).
2.2.2 Tuberkulose bei kleinen Klauentieren
Die Tuberkulose beim Schaf, bei der Ziege und beim Schwein werden in endemischen Gebie- ten meist durch M. bovis verursacht. In seltenen Fällen kann auch M. avium, sowie beim Schwein und bei der Ziege auch M. tuberculosis Erreger der Erkrankung sein.
Die Infektion mit den Tuberkuloseerregern tritt vorwiegend in Beständen auf, bei denen Scha- fe und Ziegen mit erkrankten Rindern gemeinsam aufgestallt sind. Wie in Kapitel 2.2.1 be- schrieben, spielt die Rindertuberkulose in den entwickelten Ländern wie Großbritannien und Neuseeland eine entscheidende Rolle. Der Dachs und das Opossum, die das Erregerreservoir darstellen, besteht auch für die hier lebenden kleinen Klauentiere dieselbe Ansteckungsgefahr.
Beim Schaf ist eine Mykobakterieninfektion im Allgemeinen sehr selten. Sie führt in den betroffenen Organen zu speckigen, walnussgroßen Granulomen (MALONE et al. 2003).
Meist sind auch die regionalen Lymphknoten mitbetroffen. Die klinischen Symptome äußern sich in chronischer Abmagerung, bei Involvierung der Lunge treten auch Husten, Nasenaus- fluss und rasselnde Atemgeräusche auf (SHAKESPEARE 2002).
Bei der Ziege beobachtet man hauptsächlich Lungentuberkulose mit exsudativen Charakter in Form einer verkäsenden Pneumonie. Typisch ist aber auch eine Euterlokalisation. Klinisch wird das Tier ebenfalls durch rauhen, schmerzhaften Husten und Abmagerung auffällig. Das betroffene Euter ist verhärtet, nicht schmerzhaft und kann einen mannskopfgroßen Umfang annehmen. Bei einer Studie hat sich herausgestellt, dass der Tuberkulintest bei der Ziege we- niger effektiv als ein γ-Interferon-Test ist und somit zur Bekämpfung der Tuberkulose in Zie- genherden beitragen kann (LIEBANA et al. 1998).
Die Infektion beim Schwein erfolgt vor allem enteral. Eine aerogene Infektion und anschlie- ßende Ausbildung eines Primärherdes in der Lunge ist äußerst selten. Die Lunge ist meist nur bei älteren Tieren nach einer Generalisation mitbetroffen. Infolge der relativ kurzen Lebens- dauer liegen keine postprimären Reaktionen vor, so dass das betroffene Tier klinisch unauffäl- lig ist. Epidemiologische Bedeutung wurde dem Schwein als Überträger von Mykobakterien keine Bedeutung beigemessen. Nun zeigte sich bei Untersuchungen im Westen Spaniens, dass die Übertragung von M. bovis durch Wildschweine auf domestizierte Schweine und somit auch auf andere Haustiere durchaus nicht zu unterschätzen ist (PARRA et al. 2003).
2.2.3 Tuberkulose beim Pferd
Beim Pferd ist der Erreger der Tuberkulose meist M. bovis, selten M. tuberculosis. Die Infek- tion erfolgt enteral über die Aufnahme von kontaminiertem Futter, ein aerogener Infektions- weg wurde bislang noch nicht beobachtet. Die klinischen Symptome, wie allmähliche Abma- gerung, Diarrhoe und Kolikanfälle sind unspezifisch.
Auf hämatogenem Wege kann ebenfalls die Lunge mitbetroffen sein. Da die Tuberkulose beim Pferd einen proliferativen Charakter hat, erscheint die Lunge bei einer Sektion volumi- nös und mit zahlreichen transparenten Knötchen durchsetzt. Die Lymphknoten sind nicht auf- fällig vergrößert. In Dänemark wurde ein Pferd post mortem untersucht, dass in zahlreichen Organen Tuberkel zeigte. Die Besonderheit in diesem Fall war, dass das Pferd auch Granulo- me im Augenbereich zeigte die durch M. avium hervorgerufen wurden. Diese Granulome ver- ursachten eine bilaterale Uveitis und unilaterale Degeneration der Retina, die zu einer beidsei- tigen Blindheit führte (LEIFSSON et al. 1997).
2.2.4 Tuberkulose bei Hund und Katze
Die Tuberkulose wird bei Hunden meist durch M. tuberculosis verursacht und wird häufig vom Menschen auf das Tier übertragen. Der infizierte Mensch scheidet den Erreger massen- haft mit dem Sputum aus und kann diesen aerogen, in Form einer Tröpfcheninfektion auf das Tier übertragen. Das Risiko einer Infektion der Katze mit M. tuberculosis ist relativ gering.
Sie kann aber temporär als Mykobakterienträger fungieren, ohne selbst an Tuberkulose zu erkranken. Eine solche Katze scheidet den Erreger über Sputum und Kot aus und ist somit eine potentielle Ansteckungsquelle (JONES & JENKINS 1995). Untersuchungen zeigten, dass auch bislang unbekannte Mykobakterien zu einer felinen Tuberkulose führen können.
Hierbei handelte es sich um einen Mykobakterienstamm, der sehr viel Ähnlichkeit mit M.
tuberculosis aber auch mit M. bovis hatte (GUNN-MOORE et al 1996). Da die Tuberkulose-
fälle beim Menschen auch in Deutschland wieder ansteigen, ist anzunehmen, dass auch die Infektion beim Hund wieder vermehrt auftreten wird. Eine Infektion mit M. bovis spielt durch die Tilgung der Rindertuberkulose zumindest in Deutschland keine wesentliche Rolle mehr.
Anfang des 20. Jahrhunderts, war die M. bovis-Infektion durch Verfütterung kontaminierter, nicht pasteurisierter Milch sehr häufig. Somit stellten die infizierten Hunde und Katzen als Ansteckungsquelle für das Rind ein besonderes Problem dar und erschwerten die Seuchenbe- kämpfungsmaßnahmen.
Eine Studie in den USA zeigt, dass auch die epidemiologische Bedeutung der Katzen als Überträger von M. bovis nicht unterschätzt werden sollte. KANEENE und Mitarbeiter infi- zierten 20 Katzen mit M. bovis. Der cutane Tuberkulintest zeigte nach 72 Stunden bei allen ein negatives Ergebnis. Bei Untersuchungen mittels ELISA wurden bei allen Katzen eine M.
bovis-Infektion nachgewiesen. Dies zeigt, dass sich Katzen durchaus bei infizierten Beutetie- ren anstecken können, ohne dass es bemerkt werden würde. Diese Tiere stellen eine Anste- ckungsgefahr für den Besitzer und andere Tiere dar (KANEENE et al. 2002).
Die Pathogenese ist der des Rindes sehr ähnlich. Klinisch manifestiert sich die Infektion beim Hund erst im fortgeschrittenen Stadium mit Kurzatmigkeit, Fieberschüben, Apathie, eitrigblu- tigen Pleuraergüssen und therapieresistentem Husten. Während der Generalisation ver- schlimmert sich der Zustand und endet tödlich. Die Therapie mit Tuberkulostatika ist denk- bar, sollte jedoch aufgrund des zoonotischen Charakters der Krankheit und der starken Zu- nahme der resistenten Stämme nicht durchgeführt werden.
2.2.5 Tuberkulose bei Vögeln
M. avium subspecies avium ist der Erreger der meldepflichtigen aviären Tuberkulose. Auf M.
avium subspecies paratuberculosis und M. avium subspecies silvaticum soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden, da sie keine Tuberkulose verursachen.
Als Hauptwirt der weltweit verbreiteten aviären Tuberkulose gelten Hühnervögel, Wasserge- flügel, Wildvögel und verschiedene Arten der Ziervögel. Seit der Entwicklung der Intensiv- haltung hat diese Krankheit beim Geflügel an Bedeutung verloren. Geflügeltuberkulose wird auch heute noch bei extensiver Haltung oder bei schlechten hygienischen Bedingungen in kleineren bäuerlichen Betrieben angetroffen. Die Infektion erfolgt meist oral über Aufnahme kontaminierten Futters oder über die Tränke (CARTER & WISE 2004). Bei starker Staub- entwicklung kann auch eine aerogene Infektion erfolgen (SHAKESPEARE 2002). Die infi- zierten Vögel leiden häufig an massivem Durchfall und verbreiten so den Erreger, der im ge- trockneten Kot über Jahre infektiös bleibt.
FITZGERALD und Mitarbeiter inokulierten M. bovis intratracheal in 12 Tauben. Sie zeigten, dass diese infizierten Tauben mehr als 60 Tage lang den Erreger mit dem Kot ausscheiden konnten. Diese Ergebnisse lassen eine wichtige epidemiologische Bedeutung der Taube ver- muten (FITZGERALD et al. 2003).
Pathogenese:
Der Primärherd der Tuberkulose befindet sich beim Vogel subserös im Darm. Zwei bis drei Tage später kommt es zur Bakteriämie und anschließender Absiedlung des Erregers in Leber, Milz, Knochenmark, Thymus, Gelenken und selten in der Lunge. Bei den unterschiedlichen Ziervogelspezies treten verschiedene Verlaufsformen auf. So findet man bspw. bei den Psitta- ziden eine Hepato- und Splenomegalie mit Indurationen, während man z.B. bei Tauben und Finken Ulzerationen in der Lunge vorfinden kann (ODIAWO & MUKURIRA 1998).
Klinik:
Die Symptome der aviären Tuberkulose sind meist unspezifisch. Es wird ein schlechtes All- gemeinbefinden festgestellt, die Tiere sind matt, apathisch und leiden an chronischer Diarrhoe und Polyurie. Die Vögel magern trotz erhaltengebliebenem Appetit bis zur Kachexie ab (QUINN & MARKEY 2003).
Diagnose:
Für den diagnostischen Nachweis stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Durch Anfärbung einer Kotprobe können die Mykobakterien nach Ziehl-Neelsen angefärbt werden. Für eine genaue Diagnose sollte entweder eine Kultur angezüchtet oder mittels PCR eine Differenzie- rung vorgenommen werden. Als Beispiel der Diagnosefindung sind die Untersuchungen von MORITA und Mitarbeiter heranzuziehen, die mittels biochemischer Differenzierung, PCR und Agglutinationstest M. avium isolieren konnten (MORITA et al. 1999).
Therapie:
Von einer therapeutischen Maßnahme sollte abgesehen werden, da die meisten M. avium Iso- late resistent gegen vorhandene humanmedizinische Tuberkulostatika sind. Weiter ist zu be- achten, dass es sich bei der aviären Tuberkulose immer um eine offene Form handelt und so- mit der erkrankte Vogel ein massiver Erregerausscheider ist. Um das Risiko einer Verbreitung entgegen zu wirken, sollte der Vogel euthanasiert werden.
2.3 Tuberkulose beim Menschen
2.3.1 Historischer Hintergrund der humanen Tuberkulose
Die Geschichte der Tuberkulose ist weit zurück zu verfolgen. Schon Skelette, die aus dem Neolithikum stammen, zeigen typische Veränderungen, die wahrscheinlich durch eine spinale Tuberkulose verursacht wurden (GRANGE 1998). An Mumien, die aus der Zeit 4000-2000 vor Christi Geburt (v. Chr.) stammen, sind ebenfalls charakteristische Läsionen einer Tuber- kulose festgestellt worden. Kapur, Whittam und Musser gehen davon aus, dass M. tuberculo- sis möglicherweise schon vor 15000 Jahren existiert hat (KAPUR et al. 1994). In der nachfol- genden Abbildung sind die wichtigsten Eckdaten der Tuberkulosegeschichte anhand einer Zeitleiste aufgeführt, um eine bessere Übersicht zu geben.
Abbildung 1: Wichtige Eckdaten der Tuberkulosegeschichte Quelle: eigene Darstellung
Die erste schriftliche Dokumentation ist dem ersten Buch der Veda zu entnehmen. Dieses Buch gehört zu der ältesten, indischen, religiösen Literatursammlung und ist ungefähr zwi- schen 2000 und 1500 v. Chr. verfasst worden (GRANGE 1998). Auch die Rindertuberkulose ist schon früh dokumentiert worden. So werden in der Bibel im 3. Buch Moses krankhafte Veränderungen beschrieben, die als bovine Tuberkulose zu deuten sind (SELBITZ &
BISPING 1995).
Hippokrates prägte um 400 v. Chr. den Begriff der „Phthisis“, der gleichbedeutend mit Schwindsucht ist (HAHN et al. 2001). Viele Jahre später um 1300 nach Christi Geburt (n. Chr.) sind erste fragwürdige Therapieformen von John of Gaddesden entwickelt worden.
In seiner „Curatio scrofulorum“ beschreibt er eine Mischung aus Wieselblut und Taubenkot (GRANGE 1998). Im 16. und 17. Jahrhundert starben unzählige Menschen an den Folgen der Tuberkulose. Die häufigste Form, die tuberkulöse Lymphadenitis, wurde als „Scrofulose“
bezeichnet. Die vielen tuberkulosebedingten Todesfälle führten zu großen Anstrengungen, um die Ursache und mögliche Therapien der Krankheit zu finden. Im Jahr 1546 wurde von Giro- lamo Fracastoro zum ersten Mal die Theorie aufgestellt, dass die Ursache für die Schwind- sucht außerhalb des menschlichen Körpers liegt. 1689 prägte der englische Arzt Thomas G.
Morton den Ausdruck „Tuberkel“. Hiermit beschreibt er in seiner „Phthisiologia“ die typi- schen knötchen- oder höckerförmigen Läsionen der Tuberkulose. Von dem Begriff Tuberkel leitete 1832 Johann Lucas Schönlein als Krankheitsbild die „Tuberkulose“ (Tbc) ab (HAHN et al. 2001). Zuvor im Jahre 1782 stellte Buchan seine mögliche Tuberkulosetherapie vor. Er behauptete, dass eine Muttermilchaufnahme direkt aus der Brust eine erfolgreiche Möglich- keit zur Bekämpfung der Tuberkulose sei (GRANGE 1998). Die Vermutung, dass die Tuber- kulose übertragbar ist, wurde häufig diskutiert. Im Jahr 1843 erbrachte der hannoversche Arzt Philip Klenke den ersten experimentellen Beweis für diese Vermutung. Er injizierte einem Kaninchen tuberkulöses Leichenmaterial, woraufhin das Kaninchen anschließend ausgeprägte typische Veränderungen in der Lunge und Leber zeigte (SELBITZ & BISPING 1995).
In Giuseppe Verdis Oper „La Traviata“, die 1853 zum ersten Mal aufgeführt wurde, wird eine romantische Seite der Krankeit verkörpert, da in dem Stück die aufopferungsvolle Liebende Marguerite Gautier an Schwindsucht stirbt. So wurde die Tuberkulose zu einer Legende der Bühne.
Die Tuberkulose bekam viele Namen. Die massenhaften Todesfälle veranlassten die Men- schen im 19. Jahrhundert, die Tuberkulose als „Weiße Pest“ zu bezeichnen. Durch die an- schließende industrielle Revolution verbreitete sich die Tuberkulose besonders in der Arbei- terklasse. Die Menschen lebten unter schlechten hygienischen Bedingungen dichtgedrängt in
kleinsten Behausungen. Somit konnte sich die Krankheit schnell ausbreiten. Sie bekam den Namen „Krankheit des Proletariats“.
Später in der NS-Zeit wurde die Tuberkulose sogar als „asoziale Krankheit“ bezeichnet.
1882 berichtete Robert Koch vor der Berliner Physiologischen Gesellschaft über die Entde- ckung des Tuberkuloseerregers. Er nahm Stellung zum Zoonosecharakter, indem er Ergebnis- se zahlreicher Tierversuche vorlegte. Er erklärte, dass insbesondere das an Perlsucht erkrankte Rind eine Infektionsquelle für den Menschen darstellt. Von nun an wusste man, dass Fleisch und Milch tuberkulös erkrankter Rinder für den Verzehr ungeeignet sind. 1890 entdeckte Ro- bert Koch das Tuberkulin, das er aus dem Erreger isoliert hatte. Dieses Präparat sollte ur- sprünglich als Heilmittel dienen, was katastrophale Folgen hatte (SELBITZ & BISPING 1995). Ein Fortschritt in der Diagnostik der Tuberkulose war die Erfindung des Röntgengerä- tes im Jahr 1895 ( COMSTOCK & O`BRIEN 1998).
In der Zeit von 1898 bis 1921 wurde intensiv an der Erforschung einer wirksamen Vakzine gearbeitet. Im Jahr 1898 gelang Theobald Smith die Differenzierung von M. bovis, die einen großen Fortschritt für die Forschungsarbeiten brachte.
Erst 1921 wurde von Albert Calmette und Camille Guérin ein attenuierter Lebendimpfstoff aus M. bovis hergestellt, der bis heute weltweit eingesetzt wird. Dieser Impfstoff ist unter dem Kürzel BCG bekannt.
Die Eindämmung der Tuberkulose gelang aber erst nach der Erfindung wirksamer Tuberku- lostatika wie Thiosemikrabazon (1943), Streptomycin (1946) und Isoniazid (1952).
Seitdem ist es das Ziel der Mykobakterienforschung, weitere wirksame Tuberkulostatika und einen funktionsfähigen Impfstoff zu entwickeln (HAHN et al. 2001, SELBITZ & BISPING 1995, COMSTOCK & O`BRIEN 1998).
Bis heute ist die humane Tuberkulose nicht getilgt, weil die steigende Anzahl multiresistenter Bakterienstämme und der drastische Anstieg von HIV-Infektionen die weitere Verbreitung der Tuberkulose begünstigen.
2.3.2 Epidemiologie
Etwa ein Drittel der Weltbevölkerung ist heute an Tuberkulose erkrankt. Jährlich sterben zwei Millionen Menschen an den Folgen der Erkrankung (ROBERT KOCH INSTIUT 2004, KURT & HAAS 2002). Obwohl Tuberkulose durch Einnahme einer bestimmten Medikamen- tenkombination heilbar ist, sterben noch immer mehr Menschen an Tuberkulose, als an jeder anderen behandelbaren Infektionskrankheit (ROBERT KOCH INSTIUT 2004).
Pro Jahr infizieren sich weltweit schätzungsweise 100 Millionen Menschen mit M. tuberculo- sis, wovon 5-10% im Verlauf ihres Lebens eine aktive Tuberkulose entwickeln. 95% aller Erkrankungsfälle treten in den Entwicklungsländern auf (HÖRNER ZU BENTRUP & RUS- SEL 2001).
Täglich sterben 5.000 Menschen an Tuberkulose und mehr als 20.000 Menschen entwickeln eine aktive Form (DEUTSCHES ZENTRALKOMITEE ZUR BEKÄMPFUNG DER TU- BERKULOSE 2004).
Diese dramatischen Zahlen, die weiter ansteigend sind, veranlassten die WHO 1993 den ge- sundheitlichen Notstand auszurufen. Verantwortlich für die Verbreitung des Tuberkuloseerre- gers ist Armut, medizinische Unterversorgung, Migration und internationaler Reiseverkehr (ROBERT KOCH INSTIUT 2004, RAVIGLIONE et al. 1995).
Auch die weltweite Verbreitung des erworbenen Immundefizienz Syndrom (engl. Aquired Immune Deficiency Syndrome [AIDS]) trägt dazu bei, dass Tuberkulose immer häufiger auf- tritt (COSIVI et al. 1998). Eine Koinfektion von HIV und M. tuberculosis endet bei den AIDS-Patienten in 10% der Fälle tödlich. Besonders problematisch ist die Situation in Südost- Afrika. Hier sind ungefähr 31% aller erwachsenen Tuberkulosepatienten mit HIV infiziert (CORBETT et al. 2003).
Die Situation in der WHO-Region Europa, die auch die Staaten der ehemaligen Sowjetuni- on, die sogenannten Neuen Unabhängigen Staaten (NUS) umfasst, ist sehr unterschiedlich. So steigt die Tuberkuloserate in den osteuropäischen Ländern an, während sie in Westeuropa stetig abnimmt. Insgesamt liegt die Anzahl der Infizierten bei 200 Millionen (ROBERT KOCH INSTIUT 2004). Eine sehr hohe Infektionsrate liegt besonders in den Gefängnissen der NUS vor. Man vermutet, dass 10-20% der Inhaftierten an einer offenen Tuberkulose lei- den (PERLEMAN 2000). Insgesamt hat sich die Zahl der Tuberkuloseneuerkrankungen in den Nachfolgestaaten der Sowjetunion in den letzten zehn Jahren mehr als verdoppelt. Da sich in diesen Staaten der weltweit höchste Anstieg der HIV-Infektion abzeichnet, ist auch eine weitere Zunahme der Tuberkulose zu erwarten (DEUTSCHES ZENTRALKOMITEE ZUR BEKÄMPFUNG DER TUBERKULOSE 2004).
In Deutschland wurden im Jahr 2002 insgesamt 7.684 Neuerkrankungen registriert. Im Ver- gleich zum Vorjahr bedeutet dies eine relative Zunahme um 2,2%. Nach zehn Jahren stetigen Rückgangs, ist dies die erste Steigerung. Vermutlich ist sie auf die Umstellung des Meldewe- sens zurückzuführen. Die Inzidenz lag bei 9,3 Erkrankungen pro 100.000 Einwohner (RO- BERT KOCH INSTIUT 2004). Im internationalen Vergleich ist diese Inzidenz sehr niedrig, so liegt die Inzidenz in Südost Asien bei 39 Erkrankungen pro 100.000 Einwohner und in
Afrika sogar bei 89 pro 100.000 Einwohner (WHO 2004). Laut dem Robert Koch Institut sind in den ersten neun Wochen diesen Jahres in Deutschland 958 Krankheitsfälle gemeldet wor- den, was im Vergleich zu 2003 eine Reduzierung von 24,4% bedeutet (ROBERT KOCH INSTIUT 2004).
Das größte Problem der Tuberkulosebekämpfung besteht in den zunehmenden Multiresisten- zen der Tuberkuloseerreger (engl. multidrug resistance [MDR]). Diese MDR entwickelt sich, wenn die Patienten die Therapie vorzeitig abbrechen, die Medikamente nicht regelmäßig ein- nehmen oder sich nicht an die entsprechenden Dosierungen halten. Laut dem neusten WHO- Report gibt es weltweit 300.000 neue Tuberkulosefälle mit multiresistenten Bakterien, von denen 79% nicht nur gegen Isoniazid und Rifampicin, sondern gegenüber mindestens drei der vier Hauptmedikamente resistent sind. Das Auftreten von Multiresistenzen ist in Teilen Ost- europas und der Russischen Förderation zehnmal häufiger als in anderen Teilen der Welt.
Besonders Kasachstan verzeichnet eine hohe Resistenzlage von 14%.
Um eine derart hohe Resistenzlage zu vermeiden, sind weltweit Bekämpfungsprogramme, sogenannte DOTS (Directly Observed Treatment Short Course)-Strategien entwickelt worden.
DOTS beinhaltet einen speziellen fünfstufigen Plan zur Behandlung und Kontrolle der Tuber- kulose (WHO 2004, ROBERT KOCH INSTIUT 2004).
2.3.3 Ätiologie und Pathogenese
Die Tuberkulose wird in den häufigsten Fällen durch M. tuberculosis, M. bovis oder M. afri- canum verursacht. Da die bovine Tuberkulose in den entwickelten Ländern größtenteils ge- tilgt ist, ist die Infektion mit M. bovis nur noch in den Entwicklungsländern von Bedeutung.
Am häufigsten ist eine Infektion mit M. tuberculosis (BROSCH et al. 2002). M. africanum ist in bestimmten Regionen in Afrika vertreten. Hier verursacht er mit sehr unterschiedlicher Prävalenz bis zu 60% der Tuberkuloseerkrankungen (BONARD et al. 2000, VAN SOOLIN- GEN 2001). Die auch zum M. tuberculosis-Komplex zählenden M. microti und M. canetti sind sehr selten. So wurden lediglich vier Fälle einer M. microti-Infektion in den Niederlan- den gemeldet (KREMER et al. 1998).
Eine Infektion mit den entsprechenden Erregern erfolgt zu 95% aerogen über Inhalation erre- gerhaltiger Sputumtröpfchen oder Staubpartikel. Die erregerhaltigen Partikel sind im Durch- messer meist 1-5µm groß und gelangen ungehindert in alle Teile der Lunge, ohne vom muko- ziliären System abgefangen zu werden (HAHN et al. 2001). Infektionen über den Darmtrakt sind selten (ROBERT KOCH INSTITUT 2004). Die Übertragung der Mykobakterien erfolgt
über die offene Lungentuberkulose. Die kontagiösen Patienten können pro Jahr zwischen zehn und fünfzehn weitere Menschen infizieren (WHO 2004).
Nach Aufnahme des Erregers durchläuft die Krankheit unterschiedliche Stadien. Man unter- scheidet zwischen der Primärtuberkulose und der Sekundärtuberkulose, auch Postprimär- tuberkulose genannt (KAYSER et al. 1998).
Bei der Primärtuberkulose wird der Erreger eingeatmet und gelangt in die Alveolen der Lunge. Da die Mykobakterien keine Toxine bilden, werden sie von den Alveolarmakrophagen phagozytiert, ohne eine Entzündungsreaktion in Form einer Pneumonie auszulösen (FRIED- LAND 1999). In den Makrophagen sind sie in der Lage, die physiologische Verschmelzung von Phagosom und Lysosom zu verhindern. Somit können sie in dem Phagosom überleben und sich sogar vermehren (MIMS et al. 1996). Wenn die betroffenen Makrophagen durch Lymphokine wie Interferon-γ (INF-γ) oder Tumornekrosefaktor (TNF) stimuliert werden, kommt es zur Abtötung der phagozytierten Bakterien (HOF & DÖRRIES 2002).
Zerfallen die erregerhaltigen Makrophagen, werden entzündungsfördernde Stoffe freigesetzt.
Es bildet sich ein Primäraffekt (SALYERS & WHITT 1994).
Ein Teil der betroffenen Makrophagen gelangt auf lymphogenem Weg zum Hiluslymphkno- ten, wo eine T-Zellvermehrung ausgelöst wird. Regionaler Lymphknoten und Primäraffekt bilden den Primär- oder Ghon-Komplex (JUNGBLUT & KAUFMANN 2002). Durch die Stimulation des Lymphknotens kommt es zur zellvermittelten Immunantwort. Diese Immun- antwort kann 4-6 Wochen post infectionem durch den intrakutanen Tuberkulintest nachge- wiesen werden (MIMS et al. 1996).
Sie bewirkt die Bildung der typischen Granulome, die auch Tuberkel genannt werden. Im Zentrum des Tuberkels entsteht eine verkäsende Nekrose, die durch Calciumablagerungen auch verkalken kann. Viele aktivierte Makrophagen, sogenannte Epitheloidzellen lagern sich um die Nekrose. Teilweise lagern sich die Makrophagen auch zu Synzytien zusammen. Es entstehen mehrkernige Riesenzellen, die als Langhans-Riesenzellen bezeichnet werden. Den äußeren Wall des Granuloms bilden die Lymphozyten, die durch Ausschüttung ihrer Zytokine die Makrophagen fortdauernd stimulieren (COMSTOCK & O`BRIEN 1998, HOF & DÖR- RIES 2002).
In diesen Tuberkeln können die Erreger Jahrzehnte persistieren, ohne dass es zu einem klini- schen Erscheinungsbild kommt (SALYERS & WHITT 1994). In 90% der Tuberkuloseinfek- tionen können die Mykobakterien durch die Bildung der Granulome inaktiviert werden.
Eine Sonderform der Primärtuberkulose ist die Progressive-Primärtuberkulose. Sie kann gelegentlich bei Kindern auftreten, die eine geschwächte zelluläre Immunität besitzen. Ty-
pisch für diese Form der Tuberkulose ist, dass sich kein Primärkomplex ausbildet, sondern dass die Bakterien massiv direkt aus dem Primäraffekt lymphogen und hämatogen in andere Organe streuen. In diesen Organen, sind meist Meningen, Leber und das Knochenmark be- troffen, bilden sich zahlreiche kleine Knötchen. Deshalb wird diese Form auch primäre Mili- artuberkulose genannt. Wird sie nicht rechtzeitig erkannt, endet sie meist letal (HAHN et al.
2001).
Eine weitere Sonderform ist die sogenannte Landouzy-Sepsis. Bei dieser Form der Tuberku- lose bildet sich kein Granulom, sondern es kommt, ähnlich wie bei einer Sepsis zu einer un- gehinderten Ausbreitung im gesamten Organismus. Häufig wird die Landouzy-Sepsis bei AIDS-Patienten beobachtet (HAHN et al. 2001, MC KINNEY et al. 1998).
Die Sekundärtuberkulose zeichnet sich dadurch aus, dass auch andere Organe außerhalb des Primärkomplexes betroffen sind und sich ein klinisches Erscheinungsbild entwickelt. Bei 5%
der mit Mykobakterien infizierten Menschen kommt es direkt im Anschluss an die Primärtu- berkulose zur Ausbildung der Organtuberkulose, bei weiteren 5% erst nach Jahren (KAYSER et al. 1998). Der Entwicklung einer Sekundärtuberkulose liegt eine Schwächung des Immun- systems zugrunde, die bspw. durch Unterernährung, Kortisonbehandlung, Alkoholismus oder durch körperliche Belastung hervorgerufen werden kann (HOF & DÖRRIES 2002, MIMS et al. 1996). Auch ein erneuter Kontakt mit dem Erreger, eine sogenannte Superinfektion kann zu einer Reaktivierung der Granulome führen (FRIEDLAND 1999). Eine Überaktivierung der Makrophagen führt zu einer vermehrten Ausschüttung von Zytokinen, was zu einer Verflüssi- gung der zentralen Nekrose führt. In diesem Medium können sich die Mykobakterien gut vermehren, was wiederum eine verstärkte Antigenbelastung verursacht. Bricht die flüssig- keitsgefüllte Kaverne in das Bronchialsystem, so entsteht die offene Lungentuberkulose.
Durch Einbruch in ein Blut- oder Lymphgefäß kommt es zur Generalisation mit Ansiedlung von Mykobakterien in unterschiedlichen Organen, wie Niere oder Zentrales Nervensystem (ZNS) (HAHN et al. 2001).
2.3.4 Klinische Merkmale der Tuberkulose
Die Tuberkulose beginnt schleichend. Meist entwickelt sich eine Infektion schon über einen längeren Zeitraum, bevor sich der Patient überhaupt krank fühlt (MIMS et al. 1996). Während die Ausbildung eines Primärkomplexes klinisch stumm verläuft, zeigen sich im Frühstadium unspezifische Krankheitssymptome wie Müdigkeit, Gewichtsverlust, Nachtschweiß, leichtes Fieber und Appetitlosigkeit (LONG & COWIE 1999). Im fortgeschrittenen Stadium entwi-
ckeln sich Krankheitssymptome, die je nach Lokalisation unterschiedliche Ausprägungen zeigen (MAGNUSSEN & KANKOW 2001).
90% aller Tuberkulosefälle sind in der Lunge lokalisiert. Die Lungentuberkulose äußert sich durch chronischen Husten mit schleimigem, eitrigem und teilweise blutigem Exsudat (CO- HEN et al. 1996). Typisch ist auch die Ausbildung einer Belastungsdyspnoe oder Thorax- schmerzen (MATTHYS 2000). Je nach Alter des Patienten, kann eine Anaemie vorliegen.
Auch ein veränderter Aminotransferase- oder Serumalbumin-Wert kann hilfreiche Hinweise liefern (PÈREZ-GUZMÀM et al. 1999).
Ist die Tuberkulose im Bereich des Darmes lokalisiert, entstehen Symptome wie Abdomi- nalschmerzen, Ileus oder chronischer z. T. blutiger Durchfall (DEDIÈ et al. 1993).
Besonders gefährlich ist ein Befall der Meningen, der am häufigsten bei Kleinkindern auftritt und meist letal endet. Die Leitsymptome sind Leistungsschwäche, teilweise Wesensverände- rungen, Krämpfe, Benommenheit, starke Kopfschmerzen und Schwindelanfälle. Im Gegen- satz zu einer anderen bakteriellen Meningitis ist hier vor allem die Schädelbasis betroffen. Es kann zu Lähmungen der basalen Gehirnnerven kommen (BÖTTGER 2001).
Eine Manifestation im Bereich der Niere führt zu einer rezividierenden Pyelonephritis, die in einer Niereninsuffizienz enden kann. Klinisch auffällig ist häufig auch eine Hämaturie (NET- TER 2001).
Knochen oder Gelenke können bei einer Infektion vor allem mit M. bovis betroffen sein.
Signifikant sind die Auswirkungen im Bereich der Wirbelsäule auch Pott`s Disease genannt.
Sie äußert sich in Form von Rücken- oder Nackenschmerzen, Schwäche und Gangschwierig- keiten. Im Röntgenbild sind Deformationen der Wirbel und Bandscheiben zu erkennen (RE- ZAI et al. 1996).
Manifestiert sich die Krankheit nur auf Lymphknoten-Ebene, so sind vor allem die zervika- len und supraklavikulären Lymphknoten betroffen. Sie sind deutlich vergrößert, wenig schmerzhaft und können durch Perforation zur Fistelbildung neigen (DEDIÈ et al. 1993).
In seltenen Fällen kann die Krankheit auch Veränderungen der Haut verursachen, die sich in Form einer papulösen Entzündung mit zentralem Ulkus darstellt. Eine weitere charakteristi- sche Veränderung ist eine granulomatöse oder warzenähnliche Läsion, die sogenannte „Tu- berculosis verrucosa cutis“ (DIERICH et al. 2000).
Selten, aber besonders gefährlich ist eine Perikardlokalisation. Es kommt zu einer tuberku- lösen Perikarditis mit hochgradigem Perikarderguss. Dies führt zu einer starken Reduzierung des Herzminutenvolumen mit letaler Folge (HAHN et al. 2001).
2.3.5 Diagnostik
Da der Patient den Arzt mit unspezifischen Symptomen aufsucht, ist eine ausführliche A- namnese sehr wichtig. Bei der Erhebung der Anamnese sollte auf das soziale Umfeld der Patienten und auf mögliche Kontakte mit tuberkuloseinfizierten Menschen eingegangen wer- den. Ein Auslandsaufenthalt ist ebenfalls wichtig zu hinterfragen, da in bestimmten Ländern eine hohe Ansteckungsgefahr besteht (MATTHYS 2000).
Liegen entsprechende Krankheitssymptome vor, sollte ein intrakutaner Tuberkulintest durchgeführt werden. Dieser Test liegt in unterschiedlichen Ausführungen vor. So wird bei Kindern der Moro-Test angewandt. Hierbei wird eine tuberkulinhaltige Salbe auf die Haut aufgetragen. Bei Reihenuntersuchungen wendet man den Tine-Test an. Dieser Test besteht aus einem Nadelstempel, dessen vier Spitzen mit Tuberkulin versehen sind und intrakutan appliziert werden. Bei einem möglichen Tuberkuloseverdacht ist die Anwendung des Men- del-Mantoux-Tests angebracht, da hier mittels Injektion eine größere Menge (10 internatio- nale Einheiten, I.E.) Tuberkulin intrakutan injiziert werden (HAHN et al. 2001).
Das Tuberkulin ist ursprünglich eine Mischung von abgekochten Mykobakterien und Gly- cerol, auch unter dem Namen Alt-Tuberkulin bekannt. Heute nutzt man chemisch aufgereinig- tes Tuberkulin (PPD = purified protein derivate of tuberculin). Hatte der Patient Kontakt mit Mykobakterien, kommt es ca. 72 Stunden später zu einer allergischen Reaktion vom verzögerten Typ. Genauso wie beim Rind kommt es zu einer entzündlichen Reaktion mit nachfolgender Hautschwellung und Rötung. Eine positive Reaktion ist nicht gleichbedeutend mit einem Beweis einer M. tuberculosis-Infektion, da auch eine BCG-Impfung oder ein Kontakt mit apathogenen Mykobakterien zu einer positiven Reaktion führen kann (HOF &
DÖRRIES 2002).
Eine weitere Möglichkeit der Diagnosefindung ist die röntgenologisch, sonographisch oder computertomographisch gestützte Untersuchung (MAGNUSSEN & KANKOW 2001).
Wenn ein Nachweisverfahren einen positiven Befund zeigt, sollte ein mikroskopischer Er- regernachweis mittels Ziehl-Neelsen- oder Auramin-Färbung veranlasst werden. Für die mikroskopische Untersuchung eignen sich Bronchialsekret, Sputum, Liquor oder auch Kot.
Kann man im Mikroskop säurefeste Bakterien nachweisen, ist immer noch nicht klar, ob es sich um pathogene Mykobakterien handelt. Somit muss nachfolgend eine weitere Differenzie- rung vorgenommen werden (MIMS et al. 1996).
Eine Unterscheidungsmöglichkeit ist der kulturelle Erregernachweis auf Nährböden wie Löwenstein-Jensen oder 7H10/11-Agar. Bei einer Inokultationstemperatur von 37°C ist 4-8
