Chlamydien ist eine in der Alltagssprache gebräuchliche Bezeichnung für Arten innerhalb der Familie Chlamydiaceae. Es handelt sich um sehr kleine, gramnegative Bakterien, die sich als Parasiten nur innerhalb einer Wirtszelle vermehren können. Sie können eine Vielzahl von Lebewesen infizieren, auch den Menschen. Eine Infektion mit Chlamydien wird als Chlamydiose bezeichnet. Die Erkrankungen betreffen u. a. die Schleimhäute im Augen-, Atemwegs- und Genitalbereich.
Die Vertreter der Chlamydiaceae durchlaufen in ihrem Entwicklungszyklus zwei Formen, als infektiöse Elementarkörperchen und als Retikularkörperchen, die die vegetative Form darstellen. Auf üblichen Nährmedien können sie nicht angezüchtet werden. Früher wurden alle bekannten Arten der Gattung Chlamydia zugerechnet, als Ergebnis genetischer Untersuchungen wurde 1999 die Systematik der Ordnung Chlamydiales, der Familie, der Gattungen und der Arten aktualisiert. Seitdem sind der Familie Chlamydiaceae zwei Gattungen – Chlamydia und Chlamydophila – zugehörig. Diese Systematik ist jedoch umstritten.
Merkmale Erscheinungsbild Die Vertreter der Chlamydiaceae können sich nur intrazellulär, d. h. innerhalb der Zellen eines Wirts, vermehren. Die Chlamydien existieren in Form von stoffwechselinaktiven Elementarkörperchen (EK) – im Englischen elementary bodies, EB – von 0,2 bis 0,4 μm (Mikrometer) Durchmesser, die für den Infektionsweg bedeutsam sind. Nach einer Infektion finden sich 0,6–1,5 µm große Netzkörperchen (Retikularkörperchen, Abkürzung RK) in den Wirtszellen. Sie stellen die sich vermehrende, stoffwechselaktive Form dar. In der englischen Fachliteratur werden sie als reticulate bodies (RB) bezeichnet, in der deutschen, v. a. medizinischen Literatur finden sich auch die Begriffe Initialkörperchen und Einschlusskörperchen.
Die Vertreter der Chlamydiaceae werden als gramnegative Bakterien bezeichnet, da sie – als Elementarkörperchen – in der Gramfärbung durch die verwendeten Farbstoffe rot angefärbt werden. Verursacht wird dies normalerweise durch eine dünne Mureinschicht (bestehend aus Peptidoglycanen) in der Zellwand, im Gegensatz zu den grampositiven Bakterien, die über eine dicke Mureinschicht verfügen. Genetische Untersuchungen haben bewiesen, dass die Vertreter der Familie Chlamydiaceae Gene besitzen, die für die Synthese der Peptidoglycane benötigt werden. Allerdings zeigen die Untersuchungen, dass ihre Zellwände nur sehr geringe Mengen oder gar kein Peptidoglycan enthalten.
Wachstum und Stoffwechsel mini|Entwicklungszyklus der Chlamydien, nähere Informationen sind dem Artikeltext zu entnehmen, EB = elementary bodies = Elementarkörperchen, RB = reticulate bodies = Retikularkörperchen
Chlamydien durchlaufen in ihrem Entwicklungszyklus zwei Formen: Außerhalb ihrer Wirtszellen existieren sie als Elementarkörperchen (EK). Das EK weist keine Stoffwechselaktivität auf, ist aber je nach Bakterienart durchaus resistent gegenüber Umwelteinflüssen (z. B. osmotischen Veränderungen und Austrocknung) und kann daher auch außerhalb des Wirtsorganismus überleben. Die Wirtszellen werden durch die Elementarkörperchen infiziert. Einmal in die Zelle aufgenommen, wandeln sich die Elementarkörperchen in Retikularkörperchen (RK) um, die einen aktiven Stoffwechsel besitzen und sich innerhalb der Wirtszelle vermehren.
Das Elementarkörperchen muss in Kontakt mit der Wirtszelle treten, dabei handelt es sich um Epithelzellen. Es heftet sich an deren Membran und wird von der Zelle in einer Art Beutel (ein als Endosom bezeichneter Membraneinschluss) aufgenommen, dieser Prozess wird als Endozytose bezeichnet. Die im Endosom eingeschlossenen EK wandeln sich innerhalb von ein bis zwei Stunden in die Retikularkörperchen (RK) um. Die Endosomen fusionieren nicht mit Lysosomen, wie dies eigentlich bei dem Prozess der Phagozytose passiert. Forschungsergebnisse aus dem Jahr 2006 lassen vermuten, dass es den Retikularkörperchen gelingt, Lipide der Wirtszelle in ihre Hüllmembran einzubauen und somit zu verhindern, dass die Lysosomen der Wirtszelle sie als Fremdkörper erkennen und mit ihnen verschmelzen. Da die RK nicht zerstört werden, vermehren sie sich innerhalb des Endosoms durch Zellteilung und sind dabei auf Stoffwechselprodukte und ATP (Adenosintriphosphat) der Wirtszelle für das Wachstum angewiesen. Die Generationszeit beträgt 2–3 Stunden. Ihre Anhäufung im Endosom führt zu der Bezeichnung als Einschluss oder Einschlusskörperchen. Anschließend verwandeln sie sich wieder in Elementarkörperchen zurück. Einige Tage nach der Infektion wird die Wirtszelle durch Lyse zerstört und die Elementarkörperchen werden dabei wieder freigesetzt, sie können nun weitere Zellen infizieren. Es wurde auch beobachtet, dass die EK ohne Zerstörung der Zellen frei werden, indem die Endosomen mit der Zellmembran fusionieren und ihren Inhalt – die Elementarkörperchen – nach außen abgeben.
Neben diesen beiden Hauptformen des Entwicklungszyklus kennt man noch eine weitere Form, die aberranten Körperchen. Dabei handelt es sich um eine intrazelluläre, persistierende Form, die unter nicht optimalen Wachstumsbedingungen der Wirtszellen entsteht. Sie wird als Dauerform mit reduziertem Stoffwechsel angesehen und kann sich wieder zu Elementarkörperchen entwickeln. Die aberranten Körperchen sind ebenfalls von medizinischer Bedeutung, da ihr Vorhandensein mit reaktiver Arthritis in Verbindung gebracht wird.
Wegen des parasitären Stoffwechsels kann man Chlamydien nicht auf den in der Mikrobiologie üblicherweise verwendeten Nährmedien kultivieren, man benötigt stattdessen Zellkulturen. Dabei werden üblicherweise HeLa-Zellen (menschliche Epithelzellen) verwendet, auch die humanen Hep2- und die McCoy-Zelllinien werden eingesetzt.
Die Vertreter der Chlamydiaceae besitzen – auf der Zellwand aufgelagert – Lipopolysaccharide. Diese Verbindungen aus fettähnlichen Bestandteilen, verbunden mit drei Zuckerbestandteilen, wirken als Antigen und können serologisch für den Nachweis verwendet werden. Bei den in der Kernregion des Lipopolysaccharids vorhandenen Zuckerbausteinen handelt es sich um 2-Keto-3-desoxy-octonat (KDO), die drei Monosaccharide sind wie folgt mit einer glykosidischen Bindung verbunden: α-KDO-(2→8)-α-KDO-(2→4)α-KDO.
Zur Unterscheidung von Chlamydia- und Chlamydophila-Arten ist die Erkenntnis von Bedeutung, dass nur erstere Glykogen als Speicherstoff produzieren können. Das Glykogen ist bei Chlamydia Arten in den Retikularkörperchen durch Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche Lösung) nachweisbar und färbt diese Einschlusskörperchen braun an.
Einige Stämme von Chlamydophila psittaci und Chlamydia trachomatis benötigen für das Wachstum ATP (Adenosintriphosphat), das ihnen durch die Wirtszelle geliefert wird, da sie es nicht selber synthetisieren können. ATP ist der universelle Energieträger in jeder Zelle, daher wurden die Bakterien als Energieparasiten angesehen. Allerdings haben genetische Untersuchungen an einem Stamm von Chlamydia trachomatis gezeigt, dass dieser über Gene verfügt, die für die ATP-Synthese benötigt werden. Zurzeit (2013) ist noch nicht abschließend geklärt, ob tatsächlich alle Vertreter der Chlamydiaceae auf ATP aus den Wirtszellen angewiesen sind.
Die osmotische Stabilität der Elementarkörperchen wird durch ein Hüllprotein aufrechterhalten. Es besteht aus mehreren Protein-Untereinheiten, die durch Disulfidbrücken verbunden sind. Ein Bestandteil wird als MOMP bezeichnet (Abkürzung für major outer-membrane protein (englisch), übersetzt etwa Hauptprotein der äußeren Membran). Dieses Protein weist eine Molekülmasse von etwa 40 kDa (Kilodalton) auf. Daneben kommen noch ein hydrophiles, Cystein-reiches Protein mit einer Molekülmasse von etwa 60 kDa und ein kleines Cystein-reiches Lipoprotein vor. Wenn das Elementarkörperchen eine Wirtszelle infiziert, werden die Disulfidbrücken innerhalb der Protein-Untereinheit und auch zwischen ihnen chemisch reduziert, ähnlich wie dies bei der Reduktion von Cystin geschieht. Dadurch wird die Umwandlung des Elementarkörperchens (EK) in das Retikularkörperchen (RK) ermöglicht.
Genetik Die Zellen weisen die Nukleinsäuren DNA und RNA auf, das ist von Bedeutung, da man bis etwa 1970 annahm, dass es sich bei diesen in der Medizin als Krankheitserreger bekannten Organismen um Viren handelt. Das Genom mehrerer Bakterienstämme aus der Familie Chlamydiaceae wurde bereits vollständig sequenziert. Die Größe des Genoms aller bisher untersuchten Vertreter liegt zwischen 1000 und 1400 Kilobasenpaaren (kb), das ist lediglich 25 % der Genomgröße von Escherichia coli. Die geringe Genomgröße ist ein Hinweis auf die parasitäre Lebensweise, die Chlamydien haben im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur Synthese zahlreicher Metabolite verloren, da sie diese durch die Wirtszellen erhalten.
Das Ergebnis der Sequenzierung zeigt einen GC-Gehalt (den Anteil der Nukleinbasen Guanin und Cytosin) in der Bakterien-DNA von etwa 40 Mol-Prozent. Ein weiteres Kennzeichen ist, dass im Genom entweder ein oder zwei ribosomale Operons vorhanden sind. Ein Operon ist eigentlich eine Funktionseinheit der DNA, in diesem Fall hingegen ist das Operon in der ribosomalen RNA zu finden. Viele Vertreter (beispielsweise Chlamydophila felis) weisen neben dem Bakterienchromosom auch ein Plasmid mit einer Genomgröße von etwa 7,5 kb auf.
Pathogenität Die Vertreter der Chlamydiaceae sind alle als pathogen (krankmachend) eingestuft, da sie verschiedene Infektionskrankheiten verursachen. Mehrere Arten sind als Zoonoseerreger gekennzeichnet, da eine Infektion direkt oder indirekt zwischen Tieren und Menschen übertragen werden kann. Die genaue Zuordnung einer Art zu einer Risikogruppe erfolgt durch die Biostoffverordnung in Verbindung mit der TRBA (Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe) 466.
Nachweise Der kulturelle Nachweis gilt als zuverlässige Methode zur Diagnostik von Chlamydien, wird aber nicht in der Routinediagnostik eingesetzt. Die Vertreter der Chlamydiaceae lassen sich nicht auf den in der Mikrobiologie üblicherweise verwendeten Nährmedien kultivieren, man benötigt stattdessen Zellkulturen. Dies wird vor allem von Speziallaboren durchgeführt, bei der Art Chlamydophila psittaci kommt noch die Schwierigkeit hinzu, dass die Anzucht nur in Laboren der Schutzstufe 3 zugelassen ist. Der Nachweis erfolgt mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie.
Serologische Nachweise mini|Chlamydophila psittaci, Färbung durch direkte Immunfluoreszenz mit fluoreszierenden Antikörpern (FA)
Die auf der Zellwand aufgelagerten Lipopolysaccharide wirken als Antigen und können serologisch im Rahmen der Antigen-Antikörper-Reaktion für den Nachweis verwendet werden. Häufiger erfolgt in der klinischen Diagnostik jedoch der Nachweis durch einen erhöhten Titer an Antikörpern, das dabei verwendete Antigen ist meist nicht speziesspezifisch und zeigt folglich mehrere Chlamydophila oder Chlamydia Arten an. Weiterhin lässt sich durch den Nachweis der Antikörper nicht eindeutig zwischen ausgeheilten und persistierenden Infektionen unterscheiden.
Der Nachweis spezifischer Antikörper im Serum erfolgt im Routinelabor bei Chlamydophila pneumoniae und C. psittaci auch mit dem ELISA-Verfahren. Auch hier gilt die Einschränkung, dass meist nur gattungsspezifische Antikörper nachgewiesen werden.
Weitere serologische Verfahren vergleichen die Reaktivität der Antikörper im Patientenserum mit Antigenen von Chlamydia trachomatis, Chlamydophila pneumoniae und Chlamydophila psittaci. Das Antigen mit der stärksten Reaktivität zeigt die Spezifität der Antikörper an. Darauf basiert der Mikroimmunfluoreszenz-Test (MIF) und ein Immunblot (Western Blot). Für diesen werden rekombinante (gentechnisch hergestellte) Antigene benötigt. Für beide Verfahren gibt es kommerzielle Angebote.