Was sind Bakterien?
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.
Viele Bakterien sind gesundheitlich völlig unbedenklich und z.B. als kommensale Flora auf Haut und Schleimhäuten oder auch als Starterkulturen zur Herstellung von Milchprodukten erwünscht. Einige Bakterien können jedoch bei Menschen und Tieren Infektionskrankheiten verursachen, als Verderbniserreger Lebensmittel ungenießbar machen oder Lebesmittelinfektionen und –intoxikationen hervorrufen.
Bakterien als Verderbnis- und Krankheitserreger in Lebensmitteln
Bakterielle Verderbniserreger bilden während ihrer Vermehrung Enzyme, mit deren Hilfe Fette, Zucker, Stärke und Eiweiße abgebaut werden. Die dabei entstehenden Stoffwechselprodukte verändern Geruch, Geschmack, Konsistenz und Aussehen des Lebensmittels, so dass es für den Verzehr nicht mehr geeignet ist.
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.
Lebensmittelintoxikationen erfolgen durch Aufnahme von Toxinen, die beim Wachstum bestimmter bakterieller Erreger in Lebensmitteln gebildet werden. Nicht der Erreger selbst ist giftig, sondern seine Stoffwechselprodukte (z.B. bei Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus oder Bacillus cereus).
Bei Lebensmittelinfektionen ist der Keim bzw. das Bakterium an sich krankmachend. Die Aufnahme der pathogenen Mikroorganismen erfolgt durch die Nahrung wie z.B. bei Salmonellen oder verocytotoxinbildenden E.coli (VTEC/STEC).
Bakterien als Krankheitserreger bei Tieren
Bakterien können nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Haus-, Wild- oder Zootieren Erkrankungen hervorrufen. Von besonderer Bedeutung sind bakterielle Erkrankungen, die zu gesundheitlichen Problemen in ganzen Tierbeständen und zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führen. Einige bakteriell verursachte Tierkrankheiten Erkrankungen werden staatlich überwacht und bekämpft z.B. die Salmonellose der Rinder
Bakterielle Zoonosen
Unter Zoonosen werden solche Erkrankungen und Infektionen verstanden, deren Erreger unter natürlichen Bedienungen zwischen Wirbeltieren und dem Menschen übertragen werden können.
Einige Beispiele als Erreger für bakterielle Zoonosen sind: Salmonellen, Campylobacter, E. coli (VTEC/STEC), Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes, Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA).
Was ist die Aufgabe bakteriologischer Diagnostik?
Die bakteriologische Untersuchung dient dem Nachweis, der Identifizierung und der Quantifizierung bakterieller Erreger aus Untersuchungsmaterial sowie auch der frühen Erkennung oder dem Ausschluss von Tierseuchen. Für den Lebensmittelbereich hat die bakteriologische Diagnostik den Schutz des Verbrauchers vor gesundheitlichen Gefahren durch pathogene Erreger sowie dem Schutz vor verdorbenen Lebensmitteln zum Ziel.
Wie erfolgt die bakteriologische Untersuchung?
Als Ausgangsmaterial für die bakteriologische Diagnostik dienen Gewebeproben aus Tiersektionen, Abstriche von krankhaft veränderten Körperregionen, Körpersekrete oder auch Proben von Lebensmitteln sowie Tupferproben von z.B. Oberflächen, auf denen Lebensmittel bearbeitet wurden.
Wichtig bei jeder bakteriologischen Untersuchung ist eine möglichst 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.
Einige Erreger erfordern spezifische Anzüchtungsbedingungen und Nachweisverfahren. Daher wird die Wahl des geeigneten Verfahrens maßgeblich von der Verdachtsdiagnose bestimmt.
Erregernachweis
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 in flüssigen Nährmedien angezüchtet. Ersteres ermöglicht auch eine Quantifizierung in koloniebildende Einheiten. Die Vermehrung und anschließende Herstellung einer Reinkultur der noch unbekannten Bakterienpopulation stellt schließlich den Ausgangspunkt jeder weiteren Identifizierung dar.
Die Identifikation der angezüchteten Bakterien erfolgt anhand arttypischer morphologischer, chemischer und physiologischer Merkmale. Bei den biochemischen Verfahren (z. B. „API“) werden die Stoffwechselleistungen der Bakterien zur Identifikation genutzt, indem auf bestimmte Enzymaktivitäten, den Abbau von Substraten und bestimmte Fähigkeiten (beispielsweise aktive Bewegung) geprüft wird.
Häufig erfolgt die Identifizierung von Bakterien und Pilzen mit Hilfe der Massenspektrometrie. Bei der MALDI-TOF-MS (matrix assisted laser desorption / ionization time of flight mass spectrometry) wird Erregermaterial auf ein Target aufgebracht, mit einer Matrix überschichtet 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, welches Auskunft über die Proteinzusammensetzung des Erregers gibt. Durch Vergleich des erhaltenen Spektrums mit Spektren aus Vergleichsdatenbanken kann dann der Erreger bestimmt werden.
Die Bestimmungstiefe und der damit verbundene Aufwand richten sich dabei nach der pathogenen Bedeutung der Erreger. So werden beispielsweise Salmonellen durch die Bestimmung ihrer Antigene bis zur Serovarebene differenziert.
Die Identifizierung der Bakterien mittels molekularer diagnostischer Methoden (PCR) erfolgt anhand des Nachweises von DNA-Strukturen der Bakterien. Diese Verfahren werden besonders zum Nachweis nicht oder nur schwer zu kultivierender Mikroorganismen genutzt, zur schnelleren Identifikation z.B. bei Mykobakterien oder zum Nachweis von Tierseuchenerregern, bei denen die bloße Bestätigung genügt um Bekämpfungsmaßnahmen einzuleiten, z.B. Brucellose und Milzbrand.
Im Lebensmittelbereich werden PCR-basierte Screening-Verfahren eingesetzt. Dabei wird die DNA pathogener Bakterien nachgewiesen. Ist dieser sehr empfindliche Test negativ, kann die Aussage „pathogener Keim nicht nachgewiesen“ bereits nach einem Tag Untersuchungsdauer getroffen werden. Nur für den niedrigen Prozentsatz der im Screening-Verfahren positiven Proben ist die aufwändige kulturelle Bestätigung des lebensfähigen und damit infektionsfähigen Keims für eine lebensmittelrechtliche Beurteilung unbedingt erforderlich.
Erstellung eines Resistenztests/Antibiogramms
Wenn bei der kulturellen Untersuchung bakterielle Erreger nachgewiesen werden konnten, ist es in vielen Fällen möglich eine antimikrobielle Empfindlichkeitsprüfung durchzuführen.
Beim Mikro-Bouillondilutionstest wird das zu testende Bakterium zusammen mit verschiedenen Antibiotika in unterschiedlichen Konzentrationen in einem flüssigen Medium angezüchtet. Bei diesem Test wird die Mindestkonzentration des Antibiotikums ermittelt, die gerade noch ausreicht, um das Bakterienwachstum zu unterdrücken (minimale Hemmkonzentration MHK). Die MHK dient zur Beurteilung von Resistenz/ Sensibilität bei der bestimmten Tierart und dem zu behandelnden Organ (anzunehmende Wirksamkeit des Antibiotikums).