Die Mykobakterien (Mycobacterium) sind stäbchenförmige Bakterien. Sie bilden die Gattung Mycobacteriaceae mit ca. 50 Arten, von denen über 30 pathogen sind. Pathogene Spezies verursachen chronische Krankheiten mit granulomatösen Läsionen. Dazu zählen die Tuberkulose (M. tuberculosis), Lepra (M. leprae, daneben M. lepromatosis) und die Rindertuberkulose (M. bovis). Daneben gibt es untypische Arten (MOTT) wie M. avium, die vorwiegend immunschwache Personen befallen.
Mykobakterien sind mit der Gram-Färbung schwer anzufärben und grampositiv, aber sie haben eine säurefeste Zellwand wie gramnegative Bakterien.
Merkmale Allgemeine Merkmale Mykobakterien sind unbeweglich und bilden keine Endosporen, ihr Sauerstoffbedarf reicht von aerob bis mikroaerophil. Sie sind meist gerade oder gebogene Stäbchen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,6 µm, zwischen 1 und 10 µm lang. Sie können auch kokkenförmig oder verzweigt sein und Fortsätze (Filamente) bilden. Der Präfix myko- stammt von ihrem pilzförmigen Aussehen. Sie leben im Erdreich und in Gewässern sowie als Parasiten und Pathogene in Menschen, Tieren und Fischen. Mykobakterielle Krankheiten sind Zoonosen, die von Tier auf Mensch übertragen wurden.
Zellhülle mini|Schematischer Wandaufbau.1 (hellblau) - äußere Lipide2 (violett) - Mycolsäuren3 (hellbraun) - Polysaccharide4 (hellblau) - Peptidoglykan5 (schwarz) - Cytoplasmamembran6 (grün) Lipoarabinomannan7 (gelb) - Phosphatidylinositolmannosid8 Zellwand Die Zellwände von Mykobakterien haben zwei besondere Merkmale, die ihre Überlebensfähigkeit und Infektiosität begünstigen. Das erste sind Mykolsäuren, die auch bei Actinobacteria wie Corynebacterium, Nocardia und Rhodococcus vorkommen. Das zweite charakteristische Merkmal ist das so genannte „Wax D“, eine Matrix aus Mykolsäuren, die mit dem bakteriellen Zellwand-Polymer Peptidoglykan verbunden ist. Die Zellwand ist zudem von einer Wachsschicht (Kapsel) umgeben, die wasserundurchlässig ist und das Austrocknen verlangsamt. Diese Kapsel ist für das schwierige Anfärben beim Gram-Test verantwortlich. Zudem erschwert sie das Eindringen von Nährstoffen, so dass Mykobakteria nur langsam wachsen. Die Generationszeit beträgt 12–18 Stunden, unter Laborbedingungen brauchen Mykobakterien Wochen, um sichtbare gelbliche Kolonien im Nährmedium auszubilden. Auch Schadstoffe wie Antibiotika werden durch die Kapsel beeinträchtigt, so dass mykobakterielle Infektionen meist schwieriger zu behandeln sind und länger behandelt werden müssen als andere bakterielle Infektionen.
Systematik und Unterteilung mini|Kladogramm aller Actinobacteria mit entschlüsseltem Genom. Mycobacterium ist braun markiert.
Die Gattung wird taxonomisch in vier Gruppen unterteilt:
M. tuberculosis-Komplex, befällt Menschen und Tiere, vor allem Vieh und Primaten: M. tuberculosis, M. bovis, M. microti und M. africanum; M. leprae-Komplex: M. leprae und M. lepromatosis; M. avium-Komplex: M. avium, M. intracellulare und M. scrofulaceum. Andere Arten werden zu den MOTT (NTM) gezählt, die meist nur bei immunschwachen Personen krankheitserregend sind (opportunistische Pathogene): M. branderi, M. celatum, M. chelonei, M. gordonae, M. haemophilum, M. interjectum, M. kansasii, M. thermoresistibile, M. triplex, M. ulcerans.
Unterteilung nach Runyon Nach erfolgt die Unterteilung der Mykobakterien nach Wachstumsgeschwindigkeit und Pigmentbildung bei Belichtung (sogenannte Photochromogenität). Das Pigmentverhalten ist allerdings phylogenetisch nicht relevant.
Gruppe I: Photochromogene, langsam wachsende (slow growers) Mykobakterien: Sie bilden nur unter dem Einfluss von Licht gelbe Farbpigmente. Beispielarten: Mycobacterium kansasii, M. marinum, M. asiaticum und M. simiae. Gruppe II: Skotochromogene slow growers bilden auch im Dunklen Pigmente. Beispiele: Mycobacterium scrofulaceum, M. szulgai und M. xenopi. Gruppe III: Nichtchromogene slow growers bilden niemals Pigmente. Beispielarten: Mycobacterium ulcerans, der Erreger der Buruli-Ulkus und der Mycobacterium avium-Komplex (MAC), bestehend aus Mycobacterium intracellulare und Mycobacterium avium. Gruppe IV: Schnellwachsende Mykobakterien, die auf Agarmedien schon innerhalb einer Woche gut sichtbare Kolonien bilden, z. B. Mycobacterium fortuitum.
Der gesamte Mycobacterium tuberculosis-Komplex und Mycobacterium leprae zählen zu der Gruppe III. Apathogene, nicht krankheitserregende Mykobakterien wie M. moriokaense stammen überwiegend aus der Gruppe der schnellwachsenden, nichttuberkulösen Mykobakterien (Gruppe IV).D. Schlossberg (2006)
Arten Der Mycobacterium tuberculosis-Komplex: Mycobacterium africanum Castets et al. 1969 Mycobacterium canettii Mycobacterium caprae Mycobacterium bovis Karlson & Lessel 1970, Erreger der Tuberkulose der Rinder Mycobacterium microti Reed 1957 Mycobacterium mungi entdeckt 2010, infiziert Zebramangusten Mycobacterium pinnipedii Cousins et al. 2003 Mycobacterium tuberculosis (Zopf 1883) Lehmann & Neumann 1896, Erreger der Tuberkulose
Einige nichttuberkulöse Mykobakterien (NTM): Mycobacterium genavense; selten Verursacher von Lymphadenitis und dissiminierten InfektionenMarianne Abele-Horn (2009), S. 246. Mycobacterium immunogenicum; selten Verursacher von HauterkrankungenMarianne Abele-Horn (2009), S. 246. Mycobacterium conspicuum; selten Verursacher von schweren dissiminierten Infektionen Mycobacterium mucogenicum; selten Verursacher von schweren dissiminierten Infektionen Mycobacterium ulcerans; Erreger des Buruli-Ulkus Mycobacterium xenopi Schwabacher 1959 Mycobacterium shottsii Rhodes et al. 2003 Mycobacterium avium-Komplex Mycobacterium avium Chester 1901, Erreger der Geflügeltuberkulose Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Bergey et al. 1923) Thorel et al. 1990 (Synonym: Mycobacterium paratuberculosis Bergey et al. 1923), Erreger der chronischen Enteritis beim Rind Mycobacterium intracellulare (Cuttino and McCabe 1949) Runyon 1965 Mycobacterium smegmatis (Trevisan 1889) Lehmann & Neumann 1899 Mycobacterium kansasii Hauduroy 1955 Mycobacterium terrae-Komplex: Die Arten dieses Komplexes gehören zu der Gruppe III (langsam wachsend, unpigmentiert) und werden mit Lungenerkrankungen in Verbindung gebracht. Mycobacterium nonchromogenicum Tsukamura 1965 Mycobacterium terrae Wayne 1966 Mycobacterium triviale Kubica 1970
Folgende Arten gelten als apathogen, d. h. bis jetzt wurden sie noch nicht mit Krankheiten des Menschen in Verbindung gebracht. Alle hier aufgelisteten Arten zählen zu den schnellwachsenden Mykobakterien (Gruppe IV): Mycobacterium brumae Luquin et al. 1993 Mycobacterium chitae Tsukamura 1967 Mycobacterium confluentis Kirschner et al. 1992 Mycobacterium fallax Lévy-Frébault et al. 1983 Mycobacterium moriokaense Tsukamura et al. 1986
Mykobakterien als Krankheitserreger Einige der normalerweise freilebenden Bakterien können unter Umständen bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem Krankheiten verursachen (pathogene nichttuberkulöse Mykobakterien). Einige sind auch gefährliche Krankheitserreger bei Tieren und können in der Tierhaltung bzw. Landwirtschaft große Probleme verursachen.
Viele der um die 100 beschriebenen Arten sind für Menschen apathogen oder nur sehr selten krankheitserregend. Andere sind fakultativ pathogen, sie sind nur unter bestimmten Umständen, zum Beispiel bei geschwächtem Immunsystem, für den Menschen gefährlich. Keine der pathogenen Arten (außer M. tuberculosis) wird von Mensch zu Mensch übertragen. Viele Arten kommen in Böden vor und sind saprophytisch. Zu den nur sehr selten krankheitserregenden Mykobakterien zählen zum Beispiel Mycobacterium triviale, M. gordonae und M. nonchromogenicum.
In der Landwirtschaft beziehungsweise Tierhaltung hat Mycobacterium bovis die größte wirtschaftliche Bedeutung unter den Mykobakterien. Weitere in der Landwirtschaft wichtige Arten sind Mycobacterium avium, M. paratuberculosis (bzw. Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) und auch Mycobacterium tuberculosis. Mycobacterium avium kann die Geflügeltuberkulose bei Puten, Hühner, Tauben und anderen Vögeln auslösen, selten tritt das Bakterium auch bei Schweinen, Pferden und Rindern auf. Auch M. tuberculosis kann bei Hunden, Katzen, Schweinen und Rindern Tuberkulose auslösen. M. paratuberculosis, jetzt als Unterart von Mycobacterium avium geführt, ist der Erreger der Paratuberkulose (Johnsche Krankheit) der Rinder. Für den Menschen ist M. paratuberculosis ungefährlich, während M. avium und M. intracellulare auch pathogen für den Menschen sein können und beispielsweise Lungenkrankheiten verursachen. Mycobacterium avium und Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis bilden mit M. intracellulare den „Mycobacterium avium complex“ (MAC).
Zelluläre Infektionswege Derzeit kennt man zwei Wege wie Mykobakterien Zellen infizieren können: Die lytische und die nicht-lytische Infektion von Zellen.
Bei der lytischen Infektion werden die Bakterien von Phagozyten in die Endosomen aufgenommen, um dort zu überdauern oder sich zu vermehren. In letzterem Fall gelangen sie ins Zytosol und induzieren die Lyse der Wirtszellen, die hierbei zugrunde geht. Die freigesetzten Mykobakterien können anschließend weitere Zellen infizieren.
Neben dem bekannten Ablauf der lytischen Infektion wurde 2009 bei M. tuberculosis und M. marinum ein weiterer Infektionsweg, die nicht-lytische Infektion oder nicht-lytische Ausschleusung entdeckt. Hierbei werden sogenannte Ejektosomen benutzt, mit Aktinfilamenten angereicherte Regionen der Membran: Durch diese Filamentkomplexe können die Bakterien die Wirtszelle verlassen, ohne dass ein für diese tödliches Leck in der Membran entsteht.
Beim lytischen Infektionsweg werden die Bakterien freigesetzt und können so mit Antibiotika erfolgreich bekämpft werden. Dagegen liegt die medizinische Bedeutung der nicht-lytischen Infektion darin, dass die Bakterien sich im Gewebe von Zelle zu Zelle verbreiten können, ohne dabei von den derzeit verfügbaren Arzneistoffen behelligt zu werden.
Mycobacterium tuberculosis-Komplex mini|240px|Mycobacterium tuberculosis kontrastierter Schnitt, transmissionsmikroskopisch Zu dem aufgrund von rRNA-Analysen erstellten Mycobacterium tuberculosis (Mtu)-Komplex zählen Mycobacterium tuberculosis, M. africanum, M. bovis, M. microti und M. canettii. In den letzten Jahren wurden weiterhin die Arten M. caprae (früher als die Unterart Mycobacterium tuberculosis subsp. caprae geführt) und M. pinnipedii zu dieser Gruppe gestellt.Mario C. Raviglione (Hrsg.): Reichman and Hershfield’s tuberculosis: A comprehensive, international approach, Part B, Informa Healthcare, New York [u. a.] 2006, ISBN 0-8493-9271-3 Auch der von M. bovis erzeugte Impfstamm Bacillus Calmette-Guérin (BCG) zählt zu dem Komplex.
Aufgrund der Untersuchung von VNTRs wird angenommen, dass sich die Stämme des Mtu-Komplexes frühestens vor etwa 40000 Jahren aus dem Urahn des Mtu-Komplexes entwickelt haben und mit dem Menschen in die unterschiedlichen Regionen verteilt wurden. Weiterhin ist daraus zu schließen, dass sich die die Tiere infizierenden Stämme aus Stämmen entwickelt haben, die den Menschen infizierten, die Übertragung also vom Menschen ausging.
Pathogenität der Arten des Mycobacterium tuberculosis-Komplex Die Übertragung von Mycobacterium tuberculosis erfolgt durch Tröpfcheninfektion. Mycobacterium tuberculosis kann auch von Menschen auf Tiere übertragen werden. Beim Menschen sind neben den von Mycobacteriumn tuberculosis verursachten Erkrankungen nur die von M. bovis und M. africanum verursachten von nennenswerter Häufigkeit, die anderen Vertreter des Mycobacterium tuberculosis-Komplexes lösen nur sehr selten Tuberkulosen beim Menschen aus.B. C. de Jong, M. Antonio, S. Gagneux: Mycobacterium africanum–review of an important cause of human tuberculosis in West Africa. In: PLoS neglected tropical diseases. Band 4, Nummer 9, 2010, S. e744, . PMID 20927191. . (Review).