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Hintergrund (Zoonosenforschung)

Einleitung

Lebensmittelinfektionen, die von verschiedenen Zoonoseerregern verursacht werden, haben eine enorme Bedeutung für die menschliche Gesundheit. Zoonoseerreger sind Krankheitskeime, die vom Tier auf Menschen und umgekehrt übertragen werden können. Eine große Bedeutung haben hierbei lebensmittelliefernde Tiere wie Geflügel, Rind und Schwein, die häufig Träger von derartigen Krankheitserregern sind, ohne selber Anzeichen einer Erkrankung zu zeigen. Über diese Trägertiere können schließlich Erreger über tierische Lebensmittel auf den Menschen übertragen werden und Lebensmittelinfektionen hervorrufen.
 
Die Bedeutung von Lebensmittelinfektionen zeigt sich allein daran, dass jedes Jahr rund 150.000 bis 200.00 Fälle von Lebensmittelinfektionen gemeldet werden, wobei zusätzlich von einer Dunkelziffer nicht gemeldeter Fälle ausgegangen werden muss. Neben Infektionen durch virale Erreger spielen verschiedene Bakterien eine sehr wichtige Rolle bei Lebensmittelinfektionen.

Die bakteriellen Erreger, die in diesem BMBF-geförderten Verbundprojekt-Projekt schwerpunktmäßig bearbeit werden, sind Escherichia coli, Salmonella enterica, Campylobacter jejuni und Yersinia enterocolitica. Zu diesen Erregern sind nachfolgend einige wichtige Informationen aufgezeigt.

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  1. Enterohämorrhagische Escherichia coli / Shiga-Toxin bildende Escherichia coli

Escherichia coli gramnegative stäbchenförmige Erreger. Ihre Größe beträgt 0,5 µm x 1,5 µm.

Man unterscheidet apathoge Vertreter, die zur normalen Darmflora gehören und mit dem Stamm „Escherichia coli Nissle“ sogar als Probiotikum Eingang gefunden haben. Andererseits gibt es Escherichia coli-Vertreter, die krankmachende Wirkungen haben. Man unterscheidet hierbei verschiedene Gruppen in Abhängigkeit von dem zugrunde liegenden Mechanismen. Innerhalb dieser Gruppen werden Escherichia coli zusätzlich nach Serotypen unterschieden.

1. Shiga-Toxin bildende E. coli (STEC) / enterohämorrhagische E. coli – EHEC

EHEC-Vertreter repräsentieren eine besonders wichtige Gruppe von Escherichia coli dar, dar sie besonders starke Erkrankungen bis hin zu blutigen Durchfällen hervorrufen. Zusätzlich können EHEC´s extragastrointestinale Komplikationen verursachen, dem sog. hämolytisch-urämisch Syndrom (HUS). Dieses Erkrankungsbild kommt besonders häufig bei Kleinkindern vor und geht auch mit Todesfällen einher.

Verantwortlich ist für diese Erkrankung ist vor allem das sog. Shiga-Toxin, welchesvon den EHEC´s abgegeben wird und zytotoxische Wirkungen den Darm entfaltet. Escherichia coli-Stämme, die dieses Shiga-Toxin bilden, werden dabei als Shiga-toxin bildende Escherichia coli (STEC) bezeichnet.

Diejenigen STECi-Stämme, die in der Lage sind, Erkrankungen auszulösen, besitzen noch zusätzlich ein weiteres genetisches Element, den sog. „locus of enterocyte effacement (LEE)“, der für massive morphologischen Veränderungen befallener Epithezellen verantwortlich ist (siehe auch EPEC).

Escherichia coli-Stämme, die sowohl Shiga-Toxin bilden und den LEE besitzen, verursachen häufig blutige Durchfälle und werden daher als enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) bezeichnet.

Ein besonders wichtiger EHEC-Stamm in Deutschland stellt der Serotyp O157:H7 dar, der 1982 zum ersten Mal bei einem Ausbruch mit blutigen Durchfällen als verantwortlicher Erreger in Erscheinung trat und seitdem sehr stark an Bedeutung gewonnen hat.

Weitere wichtige EHEC-Serptypen bilden die sog. NON-157-EHEC-Stämme. Hierunter fallen die Serotypen O26, O91, O103, O111 und O145.

Ein wichtiges Reservoir für EHEC-Stämme ist der Darmtrakt von Rindern, die den Erreger ausscheiden und in der Umwelt verbreiten. Durch Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln wie zum Beispiel nicht ausreichend gegarten Hamburger, verschiedenen Gemüse, Würsten, Trinkwasser oder nicht pasteurisierter Milch können somit EHEC von dem Menschen aufgenommen werden und die genannten Erkrankungen auslösen.

Bereits weniger als 100 Keime/ml reichen aus, um eine Erkrankung hervorzurufen und nach einer Inkubationszeit von 3 – 4 Tagen kommt es schließlich zu Erkrankungssymptomen, die von nicht-blutigen Durchfällen bis zu einer hämorrhagischen Colitis mit blutigen Durchfällen und abdominalen Schmerzen reichen. In komplizierteren Fällen kann sich zudem das hämolytisch-urämische Syndrom (HUS) ausbilden.

In 2006 wurden in Deutschland insgesamt 1182 Fälle von EHEC-Erkrankungen  und 63 Fälle von HUS gemeldet.

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2. enteropathogene Escherichia coli - EPEC

EPEC-Vertreter können schwere Durchfallerkrankungen besonders bei Kindern verursachen und kommen vor allem beim Menschen als reservoir vor. EPEC´s heften sich an die Darmepithelzellen und bewirken massive Veränderungen des Cytoskeletts der betroffenen Epithelzellen, die sog. „attaching and effacing (A/E)-Läsionen“. EPEC´s besitzen hierfür ein wichtiges genetisches Element, den sog. „locus of enterocyte effacement (LEE)“, der für die morphologischen Veränderungen der Epithelzellen verantwortlich ist. In der Folge werden die Darmepithelzellen so stark geschädigt, dass es zu Diarrhoen kommt.

3a. enterotoxische Escherichia coli - ETEC

ETEC-Vertreter verursachen häufig Durchfälle besonders bei Kindern in ENtwicklungsländern und sind auch verantwortlich für die Reisediarrhö oder engl. traveller's diarrhea. Über bestimmte Anheftungsfaktoren binden ETEC im Dünndarm an das Darmepithel und bilden verschiedene Enterotoxine. Diese Enterotoxine können unterteilt werden in die sog. hitzelabilen und hitzestabilen Enterotoxine. Diese Enterotoxine bewirken in den Darmepithelzellen vor allem im Dünndarm eine starke Elektrolytsekretion und damit einhergehend eine sehrn massiven Flüssigkeitsverlust, in deren Folge es zu starken wässrigen Durchfällen kommt.

3b. enteroinvasive Escherichia coli -  EIEC

EIEC-Vertreter verursachen eine nichtblutige Diarrhoe und Dysenterie. Durch das Vorhandensein spezifischer genetischer Elemente sind diese Vertreter in der Lage, in Darmzellen direkt hineinzugelangen und diese somit zu zerstören. Primär betroffen ist hierbei der Dickdarm. Ein wichtiges Reservoir für diese Erreger ist der Mensch selber.

4. diffus adhärente Escherichia coli - DAEC

DAEC-Vertreter sind häufig assoziiert mit unblutigen und relativ milden Durchfallerkrankungen bei Kleinkindern und das Erkrankungsrisiko steigt zwischen dem Alter von 1 -5 Jahren. Die gründe hierfür sind nur unzureichend bekannt.
 
5. enteroaggregative Escherichia coli – EAEC

EAEC-Vertreter sind assoziiert mit persistierenden Durchfällen bei Kleinkindern weltweit. EAEC heften sich typischerweise auf Darmepithelzellen in Form von Aggregaten an. Durch zusätzliche Produktion und Abgabe von Enterotoxinen und Cytotoxinen kommt es schließlich zur Schädigung der Darmepithelien und zu Durchfallerkrankungen.

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  1. Salmonella enterica

Salmonella enterica gehören zur Gruppe der Enterobacteriaceae undsind gramnegative stäbchenförmige Erreger. Ihre Größe beträgt 0,5 µm x 1,5 µm.

Die Spezies Salmonella enterica wird weiter unterteilt in verschiedene Subspezies, wobei die Subspezies Salmonella enterica subspezies enterica als Erreger von Lebensmittelinfektionen eine enorme Bedeutung besitzt. Aufgrund verschiedener Oberflächenstrukturen kann die Subspezies Salmonella enterica subspezies enterica zudem in über 2400 verschiedene Serovare unterteilt werden. Die wichtigsten Serovare, die häufig für Erkrankungen beim Menschen verantwortlich sind, sind hierbei die Serovare Salmonella Enteritidis und Salmonella Typhimurium, die im Jahr 2002 mit jeweils 62,4 % und 27,0 %  für den Großteil aller Salmonellosen in Deutschland  verantwortlich sind.

Bei den verschiedenen Salmonella-Serovaren muss beachtet werden, dass die verschiedene Serovare einerseits sehr stark an bestimmte Wirte angepaßt sind und vornehmlich nur bei diesem vorkommen. So ist Salmonella Dublin sehr stark an das Rind adaptiert und verursacht nur sehr selten Erkrankungen beim Menschen. Andere Salmonellen haben dagegen ein sehr breites Wirtsspektrum und können vom Tier bzw. über tierische Lebensmittel auf den Menschen übertragen werden und dort zu schweren Erkrankungen führen. Derartige Vertreter sind zum Beispiel Salmonella enteritidis und Salmonella typhimurium.

Primäre Infektionsquellen sind hierbei besonders Lebensmittel, die von Geflügel, Rind und Schwein stammen. Eine besondere Bedeutung kommen hierbei vor allem Lebensmitteln wie Hühnerfleisch, Eier und ähnlichem zu, die vom Geflügel stammen, da das Geflügel eines der Haupreservoire für Salmonellen darstellt.

Die Inkubationszeit kann bis zu 3 Tagen betragen, in der Regel treten Symptome aber bereits nach 12–36 Stunden auf, auch in Abhängigkeit von der Menge der aufgenommen Salmonellen.

Eine Gastroenteritis mit Salmonellen beginnt meist plötzlich mit zahlreichen wässrigen Stühlen, die im weiteren Verlauf zunehmend zunehmend Blutbeimengungen beinhalten. Zusätzlich treten abdominale Schmerzen, Fieber, Übelkeit, Erbrechen und Kopfschmerzen auf. Diese klinischen Erscheinungen können lediglich einige Stunden oder aber auch Tage andauern. Bei schweren klinischen Fällen treten Schüttelfrost, höheres Fieber, Kollaps sowie Krankheitsbilder mit typhoidem Verlauf auf. Oft kommt ein leichter oder symptomloser Verlauf vor, der u.a. auch von der aufgenommenen Keimzahl abhängig ist. Die Keimausscheidung von Salmonellen in Folge einer Gastroenteritis dauert durchschnittlich 3–6 Wochen.

Spätfolgen einer Salmonellen-Infektion können eine aseptische reaktive Arthritis, das Reiter´s - Syndrom oder eine ankylosierende Spondylitis sein.

Salmonellosen sind zusammen mit Campylobacter die wichtigsten Erreger von Gastroenteritiden. So wurden im Jahr 2006 über 50.000 Fälle von Salmonellosen gemeldet.

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  1. Campylobacter spp.

Campylobacter spp. sind gekrümmte bis S-förmige gramnegative Erreger. Ihre Größe beträgt 0,2 – 0,9 µm x 0,5 – 5 µm.

Wichtige Campylobacter spp., die als Verursacher von Durchfällen beim Menschen eine Rolle spielen, sind C. jeuni, C. coli und C. lari. Bereits die Aufnahme von ca. 1000 Organismen von Campylobacter jejuni können ausreichen, eine Erkrankung auszulösen. Campylobacter spp. kommen natürlicherweise bei verschiedenen Tieren vor. Diese Tiere dienen als Reservoir für Campylobacter-Infektionen des Menschens, wenn Lebensmittel mit Campylobacter spp. kontaminiert sind und verzehrt werden. Wichtige Reservoir-Tiere sind u. a. Geflügel und das .Schwein. So wurden in Studien gezeigt, dass bis zu 14-98 % der Geflügelfleischprodukte mit Campylobacter spp. und 1 – 23,5 % der Schweinefleischprodukte kontaminiert sein können. Weitere Studien zur aktuellen Verbreitung dieser Erreger sind daher in Planung.

Besonders häufig sind Kinder unter 6 Jahren und Erwachsene im Alter von 20 – 40 Jahren von der Erkrankung betroffen. Die Erkrankungsdauer liegt in der Regel zwischen mehreren Tagen bis über eine Woche.

Die große Bedeutung von Campylobacter-Infektionen beim Menschen zeigt sich allein schon durch die hohe Anzahl der verursachten Erkrankungen, die jedes Jahr gemeldet werden. So wurden im Jahr 2006 allein über 52.000 Fälle von Campylobacter-verursachten Durchfällen in Deutschland gemeldet. Hiervon ausgehend kann es in wenigen Fällen auch zusätzlich zu weiteren Komplikationen wie reaktiver Arthritis, Septikämie und Infektion innerer Organe sowie dem Guillain-Barré Syndrome kommen.

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Yersinia enterocolitica

Yersinia enterocolitica sind gramnegative stäbchenförmige. Weitere wichtige Säugetiererreger sind Yersinia pseudotuberculosis sowie Yersinia pestis, der Erreger der Pest. Ihre Größe beträgt ca. 0,2 – 0,9 µm x 0,5 – 5 µm.

Es werden verschiedene Biovare bei Yersinia enterocolitica unterschieden. Anhand ihrer Fähigkeit, bestimmte Stoffe zu verstoffwechseln, können die meisten pathogenen Stämme von Yersinia enterocolitica können in die Biovare 1B, 2, 3, 4 und 5 eingeteilt werden. Zusätzlich werden Yersinia enterocolitica anhand unterschiedlicher Oberflächenstrukturen verschiedenen Serogruppen zugeordnet. Die beim Menschen im Zusammenhang mit Erkrankungen in Europa am häufigsten vorkommenden Serogruppen sind die Serogruppe O:1, O:2a, O:3, O:9, O:5,27 und O:27.

Die Mindestinfektionsdosis mit Yersinia enterocolitica beträgt mehr als 104 Keime und eine enterale Yersiniose kann sich in den 3 verschiedenen Formen Enteritis, terminale Ileitis bzw. mesenteriale Lymphadenitis mit unter Umständen den Symptomen einer Pseudoappendizitis oder einer Septikämie mit Abszessbildung in Milz und Leber zeigen. Durchfallerkrankungen sind häufig wässrig und selten blutig.

Wichtige Reservoire für häufig beim Menschen vorkommende Yersinia enterocolitica-Stämme sind verschiedene lebensmittelliefernde Tiere. Insbesonders sind Schweine Träger von Yersinia enterocolitica. Daneben kann Yersinia enterocolitica in Lebensmitteln nachgewiesen, die vom Rind, Lamm oder Geflügel stammen. Yersinia enterocolitica kommt auch regelmäßig in Umweltproben vor, allerdings fehlen derartigen Isolaten häufig wichtige genetische Determinaten für die Auslösung einer Erkrankung.

Als Folge einer Infektion mit Yersinia enterocolitica wurden 2006 in Deutschland 5161 Fälle von Yersiniosen gemeldet.

Neben den genannten Verlaufsformen kann es infolge einer Infektion mit Yersinia enterocoitica auch zu Autoimmunerkrankungen als zusätzliche Komplikation kommen. Hierbei können sich autoimmunbedingt eine Arthritis, ein Erythema nodosum und eine Uveitis sowie in seltenen Fällen eine Glomerulonephritis, eine Myocarditis und eine Thyroiditis ausbilden.

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Abbildung: Reservoirs wichtiger zoonotischer Erreger von Lebensmittelinfektionen

Bakterium Reservoir(e) Krankheit beim Menschen
STEC / EHEC Rind teils blutige Durchfälle, HUS
EPEC Mensch Durchfall
ETEC Mensch wässrige Durchfälle
Salmonella enterica Geflügel, Schwein, Rind, Mensch wässriger bis blutiger Durchfall; reaktive Arthritis, Reiter´s- Syndrom, ankylosierende Spondylitis
C. jejuni ssp. jeuni Mensch, Geflügel, andere Säugetiere Durchfall, syst. Erkrankungen, Guillain-Barré Syndrome
C. jejuni spp. doylei unbekannt Durchfall
C. coli Schwein, Geflügel Durchfall
C. lari Schwein, Geflügel Durchfall
Yersinia enterocolitica Schwein, Rind, Geflügel, Schaf, Umweltproben Durchfall, Pseudoappendizitis, Abszesse, Septikämie, Lymphadenitis, Autoimmunerkrankungen
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