1 Infektionslehre

Gottfried Alber, Martin Pfeffer, Hans-Joachim Selbitz, Peter Valentin-Weigand

1.1 Geschichtliche Entwicklung

Peter Valentin-Weigand

Die medizinische Mikrobiologie begann mit den Entdeckungen von Louis Pasteur (1822-1895) und Robert Koch (1843-1910) Ende des 19. Jahrhunderts. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde die Idee der Kontagienlehre von Girolamo Fracastoro (erneut) aufgegriffen. Jacob Henle (1809-1885) brachte den Begriff wieder in die wissenschaftliche Diskussion. Er hatte es allerdings sehr schwer, gegen die vorherrschende "Miasmenlehre" (Miasmen = giftige Ausdünstungen) der Entstehung von Krankheiten anzukämpfen. Damals wurde die Entstehung von Krankheiten auf ein Ungleichgewicht der vier "Körpersäfte" (Blut, Schleim, gelbe und schwarze Galle) zurückgeführt. Drei allgemein akzeptierte Hypothesen über die Natur niederer Organismen standen der neuen Kontagienlehre vor allem entgegen: die Urzeugungstheorie ihrer Entstehung, die Allgegenwart und die Vielgestaltigkeit solcher Lebensformen. Louis Pasteur und Robert Koch bereiteten den Boden für ein Umdenken, indem sie diese drei Thesen widerlegten. Nach Vorarbeiten von Lazzaro Spallanzani (1729-1799) gelang Pasteur der Nachweis, dass Mikroben immer nur von Mikroben erzeugt werden und damit nicht das Produkt von Urzeugung sein können. Pasteur und andere Wissenschaftler hatten zudem schon früh erkannt, dass Mikroorganismen eine fundamentale Bedeutung für die Gärung, Fäulnis und Verrottung haben. Die Ähnlichkeiten zwischen Fäulnisvorgängen und durch manche Krankheiten verursachte Veränderungen führten zur Vermutung, dass Mikroorganismen auch bei der Entstehung von Krankheiten eine wichtige Rolle spielen. Nachdem die alten Theorien von Urzeugung und Allgegenwart durch Pasteur und seine Schüler ins Wanken gebracht worden waren, wurde auch die Theorie der Vielgestaltigkeit widerlegt, indem die Reinzüchtung und morphologische wie kulturell-biochemische Charakterisierung von Mikroorganismen gelang. Dadurch wurde gezeigt, dass biologische Merkmale an eine Art gebunden sind. Der biochemische Spezifitätsbegriff wurde später von der Bakteriologie übernommen und ist noch heute Grundlage der kulturell-biochemischen Diagnostik. Aus diesen Erkenntnissen entwickelte Robert Koch seine Postulate für den kausalen Zusammenhang zwischen einem Mikroorganismus und einer Infektionskrankheit, die sogenannten Henle-Koch-Postulate:

• Der Mikroorganismus (Erreger) muss im Erkrankten mikroskopisch nachweisbar sein.

• Der Erreger muss in Reinkultur nachweisbar sein.

• Die experimentelle Infektion mit dieser Reinkultur muss die gleiche Krankheit auslösen wie die natürliche Infektion; der Erreger muss auch im experimentell infizierten Organismus (mikroskopisch und kulturell) nachweisbar sein.

Die Postulate wurden experimentell am Beispiel des von Koch 1876 identifizierten Erregers des Milzbrandes, Bacillus anthracis, nachgewiesen. Sie gelten im Grundsatz auch heute noch, wenngleich es Einschränkungen und Differenzierungen gibt, etwa für Erreger, die nicht auf künstlichen Nährböden kultivierbar sind oder für Erkrankungen (des Menschen), für die es kein geeignetes Versuchstiermodell gibt. Auf Basis der Erkenntnisse Robert Kochs entdeckte Pasteur später das Prinzip der aktiven Immunisierung und zeigte als Erster nach Edward Jenner (1749-1823), dem Entdecker der Pockenschutzimpfung, am Beispiel der Tollwut die Möglichkeit einer aktiven Schutzimpfung. Die Zeit zwischen 1876 (Nachweis des Milzbranderregers durch Koch) und 1906 gilt als "Goldene Ära der medizinischen Mikrobiologie", während der eine Vielzahl von Erregern bedeutender Infektionskrankheiten identifiziert wurde.

Bereits lange vor den Entdeckungen Kochs hatte der österreichisch-ungarische Geburtshelfer Ignaz Semmelweis (1815-1865) erkannt, dass das damals mit hoher Sterblichkeit einhergehende Kindbettfieber (Puerperalsepsis) durch Übertragung vom Leichnam der daran Verstorbenen auf die gesunden gebärenden Frauen hervorgerufen werden kann. Als Übertragungsvehikel postulierte er die Hand des betreffenden Arztes, der zuerst die Autopsie des Leichnams und anschließend die Vaginaluntersuchung der Gebärenden vornahm. Semmelweis unterbrach diese Infektionskette, indem er den Ärzten die Desinfektion der Hände vor der Vaginaluntersuchung zur Pflicht machte. Er gilt daher als Begründer der Infektionsprophylaxe. Der englische Chirurg Joseph Lister (1827-1912) übertrug die Erkenntnisse Pasteurs auf die postoperative Sepsis und entwickelte das Arbeitsprinzip der Antiseptik im Operationssaal.

Die medizinische Mikrobiologie entwickelte sich aus der frühen Phase der Erregernachweise schnell weiter. Das Interesse fokussierte sich u.a. auf bakterielle Toxine, deren Wirkungsweise durch Knud Faber (1862-1956) am Beispiel des Tetanustoxins erstmals beschrieben wurde. Es waren Schüler bzw. Mitarbeiter von Robert Koch, Emil von Behring (1854-1917) und Shibasaburo Kitasato (1852-1931), die durch Immunisierungsversuche an Tieren die Bildung von Antitoxinen nachwiesen und damit den Beginn der serumtherapeutischen Ära einleiteten. Die Grundidee dieser Theorie war es, Infektionskrankheiten durch Gegengifte zu behandeln. Tatsächlich gelang es Behring zusammen mit Wernicke und Kitasato, die ersten wirksamen Heilseren gegen Diphtherie und Tetanus zu entwickeln.

Heute ist die medizinische Mikrobiologie und Infektionslehre in viele Teilbereiche untergliedert und spezialisiert, zu denen u.a. auch die Epidemiologie und die Hygiene gehören. Die medizinische Mikrobiologie befasst sich im Wesentlichen mit der Erregerbiologie und den Erreger-Wirt-Interaktionen, während die Infektionslehre (syn. Infektiologie) eher klinisch orientiert ist, d.h., sie bezieht sich mehr auf die Vorgänge im Wirtsorganismus und in der Wirtspopulation. Beide Gebiete verbindet der Erreger, und in beiden Gebieten beschäftigt sich die Forschung mit der Diagnose, der Kausalbehandlung, der Prävention und der Epidemiologie von Infektionskrankheiten.

1.2 Allgemeine Infektions- und Seuchenlehre

Peter Valentin-Weigand

1.2.1 Einleitung

Die Infektionslehre (syn. Infektiologie) befasst sich mit den Infektionskrankheiten, genauer gesagt mit deren Ursachen, Entstehung, Mechanismen, Gesetzmäßigkeiten, Diagnose und Bekämpfung. In diesem Kapitel geht es in erster Linie um die Terminologie zur Beschreibung von Infektionen. Grundlage sind bakterielle und virale Infektionen, da diese die allgemeinen Gesetzmäßigkeiten besonders deutlich und präzise beschreiben lassen. Allerdings gibt es aufgrund der unterschiedlichen Natur von Bakterien und Viren auch einige Unterschiede in der Terminologie, z.B. bei der Definition latenter Infektionen.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Formen des Zusammenlebens von Mikro- und Makroorganismus (Gast-Wirt-Beziehungen, ? Abb. 1.1). Als Kommensalismus bezeichnet man die Form, bei der der Gast vom Wirt lebt, ohne den Wirt zu schädigen; Beispiel dafür ist die Besiedlung der Haut durch Staphylokokken, die sich von den Bestandteilen der Hautoberfläche ernähren, ohne den Wirt zu schädigen. Als Mutualismus wird eine Lebensgemeinschaft bezeichnet, bei der Mikro- und Makroorganismus voneinander profitieren, ohne aufeinander angewiesen zu sein. Beispiel ist die Beziehung zwischen Mikrobiota und Wirt im Verdauungstrakt, die für Gast und Wirt vorteilhaft ist. Dagegen ist die Symbiose eine Gast-Wirt-Beziehung, die für beide essenziell ist. Bei extrazellulärer Ansiedelung des (mikrobiellen) Partners liegt eine Ektosymbiose vor, bei intrazellulärer Lage eine Endosymbiose. Bekanntestes Beispiel für eine Endosymbiose ist die Lebensgemeinschaft zwischen Leguminosen und bestimmten Stickstoff-fixierenden Bakterien. Phoresie ist eine Gast-Wirt-Beziehung, bei der der Wirt seinem Gast nur eine Transportmöglichkeit bietet. Parasitismus beschreibt die Beziehung von Infektionserregern mit ihrem Wirt; der Gast beutet den Wirt aus und schädigt diesen unterschiedlich stark, je nach Ausprägung der Virulenzeigenschaften des Erregers. Manche Mikroorganismen verursachen nicht per se eine Infektion, da sie saprophytär leben. Unter bestimmten Umständen können sie aber durch Wechsel in die parasitäre Lebensform den Wirt schädigen. Saprophyten sind demnach Mikroorganismen, die ihren Nährstoffbedarf aus totem, organischem Material decken, ohne parasitär leben zu müssen. Beispiele sind bestimmte Keime der Mikrobiota im Darm, wie Clostridien oder Escherichia coli, die sich bei Störung des biologischen Gleichgewichts massiv vermehren und ausbreiten bzw. Toxine bilden und dadurch den Wirt schädigen (bestimmte Stämme).

Abb. 1.1 Beziehung zwischen Gast und Wirt.

1.2.2 Pathogenität und Virulenz

Pathogene Mikroorganismen haben sich im Laufe ihrer Evolution darauf spezialisiert, den...