Was sind Bakterien (Mikroorganismen)? Was bedeuten sie für die tierische und menschliche Gesundheit?

Bakterien sind einzellige Mikroorganismen ohne echten Zellkern von kugeliger, stäbchen- oder schraubenförmiger Gestalt. Das Bakterienchromosom liegt als ringförmig geschlossener Strang vor. Bakterien sind unbeweglich oder bewegen sich mithilfe von Geißeln. Die Vermehrung erfolgt durch Querteilung (Spaltung, Zweiteilung) oder Sprossung. Bestimmte Bakterien können unter ungünstigen Außenbedingungen Dauerformen (Sporen) bilden.

Es wird zwischen erwünschten und unerwünschten Bakterien unterschieden. Erwünschte Bakterien dienen z.B. der Aufrechterhaltung von Körperfunktionen (wie z.B. Darmbakterien) oder als Starterkulturen zur Herstellung von Milchprodukten, Salami, Bier oder Wein. Sie sind gesundheitlich völlig unbedenklich. Unerwünschte Bakterien sind dagegen für den Verderb von Lebensmitteln verantwortlich oder können Infektionskrankheiten auslösen. Manche Bakterien können auch Toxine (Gifte) bilden, die in der Lage sind, den Wirtsorganismus zu schädigen oder zu töten.

1. Bakterien als Verderbnis- und Krankheitserreger in Lebensmitteln

a) Verderbniserreger in Lebensmitteln

Die meisten in Lebensmitteln vorkommenden Keime sind mikrobielle Verderbniserreger, die während ihrer Vermehrung Enzyme bilden, mit deren Hilfe Fette, Zucker, Stärke und Eiweiße abgebaut werden. Die dabei entstehenden Stoffwechselprodukte verändern in der Regel Geruch, Geschmack, Konsistenz und Aussehen des Lebensmittels, sodass es für den Verzehr nicht mehr geeignet ist.

b) Krankheitserreger in Lebensmitteln

Krankheitserreger in Lebensmitteln sind pathogene Keime, die Krankheiten hervorrufen. Die Lebensmittel, die mit Krankheitserregern befallenen sind, weisen in der Regel kein verändertes Aussehen, abweichenden Geruch oder Geschmack auf. Es wird zwischen der Lebensmittelintoxikation und der Lebensmittelinfektion unterschieden.

Lebensmittelintoxikation

Die Erkrankung erfolgt am häufigsten durch Aufnahme von Giften wie bakteriellen Toxinen, die von den Intoxikationserregern beim Wachstum in den Lebensmitteln gebildet werden. Bei der Lebensmittelintoxikation ist somit nicht der Keim giftig, sondern seine Stoffwechselprodukte wie z.B. bei Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus oder Bacillus cereus.

Lebensmittelinfektionen

Bei der Lebensmittelinfektion ist der Keim bzw. das Bakterium an sich krankmachend. Die Aufnahme der pathogenen Mikroorganismen erfolgt durch die Nahrung wie z.B. bei Salmonellen, EHEC oder Brucellen.

2. Bakterielle Zoonosen

Unter Zoonosen werden solche Erkrankungen und Infektionen verstanden, deren Erreger unter natürlichen Bedienungen zwischen Wirbeltieren und dem Menschen übertragen werden können.
Zoonoseerreger sind z.B.: Viren, Bakterien und Pilze.

Einige Beispiele als Erreger für bakterielle Zoonosen sind: Salmonellen, Campylobacter, E. coli (VTEC/STEC), Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes, Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA).

Einige Zoonosen gehören zu den anzeigepflichtigen Tierseuchen oder meldepflichtigen Krankheiten. Die weit überwiegende Mehrzahl unterliegt keiner gesetzlichen Regelung, wird aber vom Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) aufgrund von EU-Richtlinien überwacht.

3. Bakterien als Krankheitserreger bei Tieren und Tierbeständen

Besonderes Interesse liegt bei der bakteriologischen Untersuchung auf dem Nachweis von Bakterien, die bei Haus-, Wild- oder Zootieren ursächlich Krankheiten oder krankhafte Veränderungen hervorrufen können, wenn Bakterien also primär als Krankheitsursache z.B. in Tierbeständen infrage kommen.

Weiterhin möchte man bei bakteriologischen Bestandsproblemen Tierseuchen ausschließen. Ein zentraler Punkt in der erfolgreichen Tierseuchenbekämpfung ist das frühzeitige Erkennen einer Seuche. Weiterhin möchte man bei Bestandsproblemen Tierseuchen ausschließen. Ein zentraler Pinkt in der erfolgreichen Tierseuchenbekämpfung ist das frühseitige Erkennen einer Seuche. Anzeigepflichtige virale Tierseuchen wie Schweinepest (KSP) oder Aujeszkysche Krankheit (AK) werden häufig durch andere Erkrankungen wie zum Beispiel Influenza (Grippe) oder verschiedene bakterielle Sekundäinfektionen überlagert und sind dadurch klinisch schwer zu diagnostizieren. Deshalb sind rechtzeitige Ausschlussuntersuchungen gerade bei Bestandsproblemen unverzichtbar.

In einigen Fällen dienen die Untersuchungen auch dem Nachweis der Abwesenheit von Krankheitserregern (Futtermittel-, Export-, Sterilitätsuntersuchungen, Bekämpfungsprogramme).

B. Was ist die Aufgabe bakteriologischer Diagnostik?

Die bakteriologische Untersuchung dient dem Nachweis der Identifizierung und der Quantifizierung bakterieller Krankheits- bzw. Verderbniserreger aus Untersuchungsmaterial. Ausgangsmaterial können Gewebeproben aus der Sektion, Abstriche oder Tupferproben von krankhaft veränderten Körperregionen, Körpersekrete, Bioptate oder auch Proben von Lebensmitteln sein. Wichtig bei jeder bakteriologischen Untersuchung ist die sterile Probenentnahme, um eine Überwucherung mit Fremdkeimen zu vermeiden. Weitere entscheidende Rollen für die Aussagekraft einer bakteriologischen Untersuchung spielen außerdem die Transportzeit und die Transportbedingungen des zu untersuchenden Materials zum Labor.

Als eine Möglichkeit der Differenzierung erfolgt im Fachgebiet Bakteriologie und Mykologie die Differenzierung von Bakterien und Pilzen, die z.B. aus veterinärmedizinischem Untersuchungsmaterial oder Lebensmitteln angezüchtet wurden, mit Hilfe der Massenspektrometrie in Form des MALDI Biotypers der Firma Bruker.

Bei der MALDI-TOF-MS (matrix assisted laser desorption / ionization time of flight mass spectrometry) werden die Erreger mit einer Matrix versetzt und mit einem UV-Laser beschossen. Dadurch werden aus den Erregern überwiegend Proteinmoleküle freigesetzt und ionisiert. Diese geladenen Moleküle werden in einem elektrostatischen Feld beschleunigt und danach ihre Flugzeit (time of flight) in einem Flugrohr gemessen. Da die Flugzeit abhängig von der Größe (Masse) der Moleküle ist, erhält man ein Massenspektrum, das Auskunft über die Proteinzusammensetzung des Erregers gibt. Im Messbereich von 2 000 bis 20 000 Da sind dies überwiegend ribosomale Proteine. Ihre Spektren sind idealer Weise für die Erreger-(Sub) Spezies charakteristisch. Durch Vergleich des erhaltenen Spektrums mit denen in der Datenbank wird der Erreger bestimmt.

In der Regel wird ein Teil einer Bakterien-/Hefekolonie mit Hilfe eines hölzernen Zahnstochers direkt auf zwei Analysepositionen (Doppelansatz) des Targets (Metallplatte mit 96 Analysepositionen für eine Probe / Matrix-Gemisch) aufgestrichen. Bei bestimmten Erregern (z.B. Sporenbildnern) ist vorher ein Extraktionsschritt durchzuführen. Nach dem Trocknen des Auftrags, wird dieser mit Matrix überschichtet. Wenn auch die Matrix getrocknet ist, wird das Target in das MALDI-TOF-Gerät eingeschleust. Dann wird die Messung durchgeführt und das Spektrum mit der Datenbank abgeglichen.

C. Wie erfolgt die bakteriologische Untersuchung?

Viele Erreger erfordern spezifische Anzüchtungsbedingungen und Nachweisverfahren. Daher wird die Wahl des geeigneten Verfahrens maßgeblich von der Verdachtsdiagnose bestimmt.

Bei der bakteriologischen Untersuchung wird generell zwischen dem direkten Erregernachweis (Anzüchtung der Bakterien oder Darstellung der entsprechenden DNA-Bestandteile) und dem indirekten Erregernachweis (Nachweis von Reaktionsspuren auf Infektion oder Verderb) unterschieden.

1. Direkter Erregernachweis

a. Färbung und Anzüchtung

Einige Bakterien können direkt in einem Nativpräparat bzw. aufgrund eines speziellen Färbeverhaltens unter Einsatz verschiedener Färbetechniken (wie z.B. Gram-Färbung, Ziehl-Neelsen-Färbung) in einem Ausstrich mikroskopisch nachgewiesen werden. Üblicherweise werden Bakterien jedoch auf festen oder flüssigen Nährmedien angezüchtet. Das ermöglicht zunächst eine Quantifizierung in koloniebildende Einheiten. Die Vermehrung und anschließende Herstellung einer Reinkultur der noch unbekannten Bakterienpopulation stellt schließlich den Ausgangspunkt jeder weiteren Identifizierung dar.

2. Indirekter Erregernachweis

Der indirekte Erregernachweis erfolgt durch den Nachweis von Antikörpern, die von einem infizierten Organismus als Immunantwort auf den Erreger gebildet werden. Diese Nachweismethode wird z.B. bei der Leptospirose verwendet, bei der die Antikörper mithilfe der Mikroagglutinationsmethode nachgewiesen werden. Befinden sich in einer Blutprobe Antikörper gegen Leptospiren, so zeigt sich nach Zugabe des „passenden“ Leptospiren-Serovars eine mikroskopisch sichtbare Verklumpung der Bakterien.

D. Erstellung eines Resistenztests/Antibiogramms

Zur Bestimmung der Empfindlichkeit und Resistenz der Bakterien gegenüber verschiedenen Antibiotika wird vor der Antibiotikatherapie mittels Agardiffusionstest oder Mikro-Bouillondilutionstest ein Resistenztest erstellt. Beim Agardiffusionstest wird das zu testende Bakterium auf einem Nährboden ausgestrichen, dieser wird mit verschiedenen antibiotikahaltigen Plättchen belegt. Die Interpretation der Resistenz oder Sensibilität erfolgt anhand der Größe der ausgemessen Hemmhöfe.

Beim Mikro-Bouillondilutionstest wird das zu testende Bakterium zusammen mit unterschiedlichen Konzentrationen der einzelnen Antibiotika in ein flüssiges Medium gegeben. Bei diesem Test wird die Mindestkonzentration des Antibiotikums (minimale Hemmkonzentration (MHK)) ermittelt, die gerade noch ausreicht, um das Bakterienwachstum zu unterdrücken. Die MHK dient zur Beurteilung von Resistenz/ Sensibilität bei der bestimmten Tierart und dem zu behandelnden Organ (Wirksamkeit des Antibiotikums).

E. Erstellung eines Hemmstofftests

Der Hemmstofftest wird angewendet, um Rückstände von antibiotisch wirksamen Chemotherapeutika im Fleisch von Schlachttieren nachzuweisen. Es handelt sich dabei um ein biologisches Testsystem, in dem Bacillus subtilis als Testkeim eingesetzt wird und das in Form eines Dreiplattentests durchgeführt wird (drei Platten mit unterschiedlichen pH-Werten). Zur Untersuchung wird sowohl Nieren- als auch Muskelgewebe der Schlachttiere auf eine Nähragar-Platte gebracht, in die vorher Bacillus-subtilis-Sporen eingemischt wurden. Diese werden im Anschluss bebrütet. Sind in den Gewebeproben antibiotisch wirksame Chemotherapeutika enthalten, ist das Bakteriumwachstum um die Gewebeprobe gehemmt, was durch eine klare Hemmzone sichtbar wird. Diese Hemmzone ist das relative Maß für die Menge des Antibiotikums.

F. Wie sind die bakteriologischen Befunde in Hinblick auf Behandlungs- und Vorbeugemaßnahmen zu interpretieren?

Behandlungs- und Vorsorgemaßnahmen in einem Bestand sollten immer mit dem betreuenden Tierarzt abgestimmt werden.