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Welche Stämme von C. diphteria verursachen das Diphterie-Toxin?

Welche Stämme von C. diphteria verursachen das Diphterie-Toxin?


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Ich habe diese Frage:

Diphterie-Toxin wird nur von den Stämmen von C. diphtheria produziert, die welche der folgenden Eigenschaften aufweisen?

  1. Gekapselt
  2. Glukosefermenter
  3. lysogen für b-Prophage
  4. nur mitis-stämme
  5. Saccharose-Fermenter

Ich denke die richtige Antwort ist lysogen für b-Prophage.

Welcher Teil ist "b-" in Prophagen?


Ganz einfach: Beta! B-Prophage wird oft als "Phagen-Beta" bezeichnet und ist eine modernere Art, es zu schreiben. Ich wusste das aus dem Kopf, aber ich verweise die an Bakteriologie interessierte Öffentlichkeit gerne auf Tadars Online-Text.

Es ist schön gemacht, und ich wünschte, es hätte es schon gegeben, als ich Bakteriologie studiert habe.

Konkret zu deiner Frage:

Daher kann Corynebacterium diphtheriae nur dann das für die Krankheit verantwortliche Toxin produzieren, wenn es ein gemäßigtes Virus namens Phagen Beta trägt. Nur lysogenisierte Streptokokken produzieren das erythrogene Toxin (pyrogenes Exotoxin), das den Hautausschlag von Scharlach verursacht; und einige Botulinumtoxine werden nur von lysogenisierten Stämmen von C. botulinum synthetisiert.


Diphtherie

Diphtherie ist eine Infektion durch das Bakterium Corynebacterium diphtheriae. Anzeichen und Symptome können von leicht bis schwer variieren. Sie beginnen normalerweise zwei bis fünf Tage nach der Exposition. Die Symptome treten oft ziemlich allmählich auf und beginnen mit Halsschmerzen und Fieber. In schweren Fällen entwickelt sich ein grauer oder weißer Fleck im Rachen. Dies kann die Atemwege blockieren und einen bellenden Husten wie bei Krupp verursachen. Der Hals kann teilweise aufgrund vergrößerter Lymphknoten anschwellen. Es gibt auch eine Form der Diphtherie, die Haut, Augen oder Genitalien betrifft. Komplikationen können Myokarditis, Nervenentzündungen, Nierenprobleme und Blutungsprobleme aufgrund niedriger Blutplättchenspiegel sein. Eine Myokarditis kann zu einer abnormalen Herzfrequenz führen und eine Entzündung der Nerven kann zu einer Lähmung führen.

Diphtherie wird normalerweise zwischen Menschen durch direkten Kontakt oder durch die Luft übertragen. Es kann auch durch kontaminierte Gegenstände verbreitet werden. Manche Menschen tragen das Bakterium ohne Symptome zu haben, können die Krankheit aber trotzdem auf andere übertragen. Die drei wichtigsten Arten von C. diphtherie verursachen unterschiedliche Schweregrade der Erkrankung. Die Symptome sind auf ein vom Bakterium produziertes Toxin zurückzuführen. Die Diagnose kann oft anhand des Auftretens des Rachens mit Bestätigung durch mikrobiologische Kultur gestellt werden. Eine frühere Infektion schützt möglicherweise nicht vor einer zukünftigen Infektion.

Ein Diphtherie-Impfstoff ist zur Vorbeugung wirksam und in einer Reihe von Formulierungen erhältlich. Im Kindesalter werden drei oder vier Dosen zusammen mit Tetanus- und Keuchhusten-Impfung empfohlen. Alle zehn Jahre werden weitere Dosen des Diphtherie-Tetanus-Impfstoffs empfohlen. Der Schutz kann durch Messung des Antitoxinspiegels im Blut überprüft werden. Diphtherie kann mit den Antibiotika Erythromycin oder Benzylpenicillin behandelt werden. Diese Antibiotika können auch zur Vorbeugung bei Personen verwendet werden, die der Infektion ausgesetzt waren. In schweren Fällen ist manchmal eine Tracheotomie erforderlich, um die Atemwege zu öffnen.

Im Jahr 2015 wurden weltweit 4.500 Fälle offiziell gemeldet, gegenüber fast 100.000 im Jahr 1980. Es wird angenommen, dass vor den 1980er Jahren etwa eine Million Fälle pro Jahr aufgetreten sind. Diphtherie tritt derzeit am häufigsten in Afrika südlich der Sahara, Indien und Indonesien auf. Im Jahr 2015 führte dies zu 2.100 Todesfällen gegenüber 8.000 Todesfällen im Jahr 1990. In Gebieten, in denen es noch häufig vorkommt, sind Kinder am stärksten betroffen. Sie ist in den Industrieländern aufgrund der weit verbreiteten Impfung selten, kann aber wieder auftreten, wenn die Impfraten sinken. In den Vereinigten Staaten wurden zwischen 1980 und 2004 57 Fälle gemeldet. Der Tod tritt bei 5 bis 10 % der Betroffenen ein. Die Krankheit wurde erstmals im 5. Jahrhundert v. Chr. von Hippokrates beschrieben. Das Bakterium wurde 1882 von Edwin Klebs identifiziert.


Der Diphtheriebazillus und sein Toxin: ein Modellsystem

Die klassische Arbeit von Friedrich Loeffler mit dem Titel „Untersuchungen über die Bedeutung der Mikroorganismen für die Entstehung der Diphtherie beim Menschen, bei der Taube und der Kalbe“ wurde 1884 veröffentlicht. In dieser und in den folgenden Jahren folgenden Arbeiten beschrieb Loeffler den Diphtheriebazillus und seine Isolierung in Reinkultur und bewies seine Verwandtschaft mit der Krankheit Diphtherie. Während Roux & Yersin (1888) die Entdeckung des Diphtherie-Toxins zu verdanken haben, sagte Loeffler seine Existenz in seiner ursprünglichen Veröffentlichung klar voraus. Da bei der Autopsie lebende „virulente“ Diphtherie-Bazillen nur an der Injektionsstelle von Versuchstieren gefunden werden konnten, postulierte Loeffler, dass die Bakterien ein „chemisches Gift“ in den Blutkreislauf freigesetzt haben müssen, das die charakteristischen sterilen hämorrhagischen Läsionen in entfernten Organen verursachte . Er bemerkte sogar Anfang 1888, dass „das Bakteriengift in seiner Wirkung dem Gift [heute bekannt als Abrin] ähnelt, das aus Jaquiriti-Samen gewonnen wird, das Entzündungen und die Produktion falscher Schleimhäute verursacht, wenn es auf die Schleimhäute von Menschen oder Tieren aufgebracht wird“ ( zitiert in Loeffler, 1908). Heute kennen wir den Grund für diese scharfsinnige Beobachtung. Sowohl Abrin als auch Diphtherie-Toxin blockieren die Proteinsynthese in sensitiven eukaryontischen Zellen (Collier, 1975, Olsnes & Pihl, 1976, Pappenheimer, 1977), wenn auch durch unterschiedliche Mechanismen. Fast ein Vierteljahrhundert nach der Entdeckung des Diphtherie-Bazillus veröffentlichte der British Medical Research Council einen 718-seitigen Band zum Thema Diphtherie. Im ersten Kapitel schilderte Loeffler (1908) die Krankheitsgeschichte und erinnerte sich ausführlich an sein eigenes Frühwerk. Als dieses Buch 1908 erschien, war bereits viel über die Epidemiologie der Diphtherie, die Bakteriologie des Diphtheriebazillus, seine Verbreitung durch gesunde Erwachsene und die schützende Wirkung von Antitoxinen bekannt. Abgesehen von seiner proteinartigen Natur war jedoch fast nichts über die Chemie des Diphtherietoxins oder seine Wirkungsweise bekannt. Die Interpretation vieler von Loefflers scharfsinnigen frühen Beobachtungen und Fragen, die ihn verwirrten, blieb unklar und unbeantwortbar, bis Freeman (1951) die lysogene Umwandlung in Toxinogenität entdeckte und erkannte, dass das Tox-Strukturgen von einem Bakteriophagen getragen wurde (Uchida, Gill & Pappenhcimer , 1971).


DISKUSSION

Die ERT ist eine lebensrettende Therapie, die eine Hauptbehandlungsmethode bei nicht-neurologischen LSDs darstellt. Die Aufnahme von M6P-markierten Enzymen durch CIMPR ist aufgrund der variablen Rezeptoraffinität relativ ineffektiv (5, 6), heterogene Expression des Rezeptors und unvollständige Markierung rekombinant hergestellter Enzyme (19). Trotz der Ineffizienz und der hohen Kosten (

200.000 USD pro Patient und Jahr) (20), bleibt es der Behandlungsstandard für mehrere LSDs, da alternative Behandlungsmethoden (Substratreduktionstherapie, Gentherapie und hämatopoetische Stammzelltransplantation) nicht wirksam, nicht so gut entwickelt oder von Natur aus riskanter sind (2125). Die Verbesserung der Effizienz und Verteilung der rekombinanten Enzymaufnahme kann dazu beitragen, einige der derzeitigen Mängel der traditionellen ERT zu beheben.

Mehrere Strategien wurden verwendet, um das Ausmaß der M6P-Markierung auf rekombinant hergestellten lysosomalen Enzymen zu erhöhen: Säuger- und Hefezelllinien werden so verändert, dass sie spezifischere/gleichmäßigere n-Glykanmodifikation (19, 26, 27), chemische oder enzymatische Modifikation von n-Glykane posttranslational (28) und kovalente Kopplung von M6P (29). Die M6P-unabhängige Aufnahme einer lysosomalen Hydrolase durch CIMPR wurde sowohl für die β-Glucuronidase (28) und saure α-Glucosidase (30, 31). In letzterer Arbeit wurde ein Peptid-Tag (GILT), das auf den insulinähnlichen Wachstumsfaktor-II-Rezeptor (IGF2R) abzielt, mit rekombinanter Alpha-Glucosidase fusioniert, die den rezeptorvermittelten Eintritt in Zellen ermöglicht. CIMPR ist ein

300-kDa, 15-Domänen-Membranprotein mit 3 M6P-Bindungsdomänen und 1 IGF2R-Domäne. Durch die Ausrichtung der IGF2R-Domäne mit einem hochaffinen (niedrig nanomolaren) Peptid anstelle der niedrigaffinen M6P-Bindungsdomäne konnten die Autoren eine >20-fache Zunahme der Aufnahme eines GAA-Peptid-Fusionsproteins in Zellkulturen nachweisen und ein

5-fache Erhöhung der Fähigkeit, aufgebautes Muskelglykogen bei Mäusen mit GAA-Mangel zu beseitigen.

In dieser Studie haben wir die effiziente Aufnahme und den lysosomalen Transport eines lysosomalen Modellenzyms, TPP1, über einen CIMPR-unabhängigen Weg unter Verwendung der Rezeptorbindungsdomäne eines bakteriellen Toxins gezeigt. HBEGF ist ein Mitglied der EGF-Familie von Wachstumsfaktoren, und DT ist ihr einziger bekannter Ligand. Es spielt insbesondere eine Rolle bei der Herzentwicklung, Wundheilung, Muskelkontraktion und Neurogenese, jedoch wirkt es bei keinem dieser physiologischen Prozesse als Rezeptor (32). Die intrazelluläre Intoxikation durch DT ist der einzige bekannte Prozess, bei dem HBEGF als Rezeptor wirkt, was ihn zu einem ausgezeichneten Kandidaten für ERT macht, da es keinen natürlichen Liganden gibt, mit dem er konkurrieren könnte. Nach der Bindung wird DT über Clathrin-vermittelte Endozytose internalisiert und dann zum Abbau zu Lysosomen transportiert (33, 34). Ansäuerung endosomaler Vesikel durch vakuoläre ATPasen (Adenosintriphosphatasen) fördert die Insertion von DTT in die endosomale Membran und anschließende Translokation des katalytischen DTC Domäne in das Zytosol. In Abwesenheit eines Escape-Mechanismus sollte der Großteil des internalisierten LTM zum Lysosom transportiert werden, wie wir mit unserer Chimäre gezeigt haben (Fig. 2F und 3C). Die Aufnahme von LTM-TPP1 in vitro ist robust relativ zu rTPP1 ( 3D und 2 ), und die TPP1-Aktivität wird im Lysosom über einen beträchtlichen Zeitraum aufrechterhalten ( 3E ). Wir haben auch gezeigt, dass die Zunahme der Aufnahmeeffizienz, die wir in Zellkulturen beobachtet haben, in vivo anhält. Die TPP1-Aktivität im Gehirn von CLN2-Null-Mäusen war bei Tieren, die mit intrazerebroventrikulär injiziertem LTM-TPP1 behandelt wurden, signifikant höher als bei Tieren, die mit TPP1 in zwei verschiedenen Dosierungen behandelt wurden (Fig. 5B), und bemerkenswerterweise hält diese Aktivität mit einer offensichtlichen Halbwertszeit von

Eine wichtige Überlegung für die Weiterentwicklung der LTM-Plattform für die klinische Entwicklung ist die potenzielle Immunogenität der Verwendung eines Bakterienfragments in diesem Zusammenhang. Zuvor haben wir gezeigt, dass das rezeptorbindende Fragment von DT durch ein humanes scFv (Single-Chain-Fragment-Variable) ersetzt werden kann, das auf HBEGF abzielt (8). Mit unserer Demonstration des Potenzials, HBEGF für LSDs gezielt einzusetzen, werden sich zukünftige Bemühungen darauf konzentrieren, die Affinität und Spezifität dieser humanisierten LTMs der ersten Generation zu erhöhen, um hochaffine Chimären mit stark reduzierter Immunogenität für die weitere Entwicklung zu entwickeln.

Während die Fähigkeit von LTM-TPP1, das Fortschreiten der Krankheit zu beeinflussen, noch nicht bestimmt werden muss, sind die jüngsten positiven klinischen Studienergebnisse (35) und die anschließende Zulassung von rTPP1 (Cerliponase alfa) zur Behandlung der neuronalen Ceroid-Lipofuszinose 2 (NCL2) unterstützen diesen Ansatz. In dieser klinischen Studie wurden 24 betroffenen Kindern 300 mg rTPP1 zweiwöchentlich intrazerebroventrikulär injiziert, wodurch ein Fortschreiten der Krankheit verhindert werden konnte. Diese Dosis liegt zwar in der gleichen Größenordnung wie andere zugelassene ERTs (<1 bis 40 mg/kg) (36, 37) stellt sie eine beträchtliche Dosis dar, insbesondere wenn man bedenkt, dass sie an ein einzelnes Organ abgegeben wurde. Es wird erwartet, dass die Verbesserung der Aufnahmeeffizienz durch gezieltes Ansteuern eines zusätzlichen Rezeptors, wie wir es hier getan haben, die zur Verbesserung der Symptome erforderliche Dosis erheblich senken wird, während gleichzeitig die Kosten und die Wahrscheinlichkeit von dosisabhängigen Nebenwirkungen verringert werden.


Wenn Diphtherie-Fälle zunehmen und resistenter werden, kann dies zu einer Bedrohung werden

Diphtherie war einst eine der Haupttodesursachen bei Impfprogrammen für Kinder und änderte dies schließlich für die meisten Länder. Aber die bakterielle Infektion tritt immer noch in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen auf und wird immer häufiger. Forscher warnen nun davor, dass das Bakterium, das Diphtherie verursacht, eine Resistenz gegen eine Reihe von Antibiotika entwickelt und das Potenzial hat, in Zukunft gegen den Impfstoff resistent zu werden. Eine Reduzierung der Diphtherie-Impfstoffe aufgrund der COVID-19-Pandemie sowie der Anstieg der Infektionen könnten die Krankheit zu einer Bedrohung machen.

"Es ist wichtiger denn je, dass wir verstehen, wie sich Diphtherie entwickelt und ausbreitet. Die Genomsequenzierung bietet uns ein leistungsstarkes Werkzeug, um dies in Echtzeit zu beobachten und es öffentlichen Gesundheitsbehörden zu ermöglichen, Maßnahmen zu ergreifen, bevor es zu spät ist“, bemerkte Studienleiter Dr. Ankur Mutreja vom Cambridge Institute of Therapeutic Immunology and Infectious Disease (CITIID). . "Wir dürfen bei Diphtherie den Ball nicht aus den Augen lassen, sonst riskieren wir, dass sie wieder zu einer großen globalen Bedrohung wird, möglicherweise in modifizierter, besser angepasster Form."

Diphtherie wird durch das Bakterium Corynebacterium diphtheriae verursacht und verbreitet sich hauptsächlich durch Aerosoltröpfchen beim Husten und Niesen. Einige Formen dieses Bakteriums verursachen Krankheiten, indem sie das Diphtherie-Toxin produzieren, obwohl dies nicht alle der Fall sind, können sie jedoch durch systemische bakterielle Infektionen Krankheiten verursachen.

Berichterstattung Naturkommunikation, kartierten die Forscher Diphtherie-Infektionen und untersuchten die genomischen Sequenzen von 61 Bakterien, die von Patienten isoliert wurden. Diese kombinierten sie mit 441 öffentlich zugänglichen Genomen zu einer Art Stammbaum des Erregers und der darin möglicherweise enthaltenen Antibiotikaresistenzgene. Die Analyse zeigte, dass die Bakterien genetische Ähnlichkeiten mit asiatischen und europäischen Stämmen aufwiesen, was darauf hindeutet, dass C. diphtheriae seit mehr als einem Jahrhundert Menschen infiziert und sich mit uns weltweit verbreitet.

Das Tox-Gen in C. diphtheriae ist das Ziel von Impfstoffen. Diese Arbeit ergab, dass es mittlerweile 18 Varianten dieses Gens gibt, von denen einige die Struktur des Toxins verändern könnten.

„Der Diphtherie-Impfstoff soll das Toxin neutralisieren, sodass alle genetischen Varianten, die die Struktur des Toxins verändern, einen Einfluss darauf haben könnten, wie wirksam der Impfstoff ist. Obwohl unsere Daten nicht darauf hindeuten, dass der derzeit verwendete Impfstoff unwirksam sein wird, deutet die Tatsache, dass wir eine ständig wachsende Vielfalt von Toxvarianten sehen, darauf hin, dass der Impfstoff und die Behandlungen, die auf das Toxin abzielen, regelmäßig bewertet werden müssen. " sagte Professor Gordon Dougan von CITIID.

Während eine Reihe verschiedener Antibiotika, einschließlich Erythromycin und Penicillin, zur erfolgreichen Behandlung von Diphtherie eingesetzt werden können, wurden einige arzneimittelresistente Fälle von C. diphtheriae berichtet. Das Ausmaß der Verbreitung dieser Mikroben ist noch unbekannt. Diese Arbeit zeigte, dass die durchschnittliche Anzahl von Resistenzgenen pro Genom steigt und dass zwischen 2010 und 2019 isolierte Bakterien (im Durchschnitt) fast viermal so viele Resistenzgene pro Bakteriengenom aufwiesen als die zweithöchste Zahl in einem Jahrzehnt, den 1990er Jahren.

Im Jahr 2018 wurden 16.651 Fälle von Diphtherie gemeldet, mehr als das Doppelte des Jahresdurchschnitts von 8.105 Fällen für den Zeitraum von 1996 bis 2017.

„Das Genom von C. diphtheriae ist komplex und unglaublich vielfältig. Es erwirbt Resistenzen gegen Antibiotika, die nicht einmal klinisch bei der Behandlung von Diphtherie eingesetzt werden“, bemerkte der Erstautor der Studie und CITIID-Absolventen Robert Will. "Es müssen andere Faktoren im Spiel sein, wie eine asymptomatische Infektion und die Exposition gegenüber einer Vielzahl von Antibiotika, die zur Behandlung anderer Krankheiten gedacht sind."

"AMR (Antimikrobielle Resistenz) wurde selten als großes Problem bei der Behandlung von Diphtherie angesehen, aber in einigen Teilen der Welt werden die Bakteriengenome gegen zahlreiche Antibiotikaklassen resistent", sagte Dr. Pankaj Bhatnagar von der Weltgesundheitsorganisation Landesbüro für Indien. "Dafür gibt es wahrscheinlich eine Reihe von Gründen, einschließlich der Exposition der Bakterien gegenüber Antibiotika in ihrer Umgebung oder bei asymptomatischen Patienten, die gegen andere Infektionen behandelt werden."


Diphtherie-Toxin

Diphtherie-Toxin ist ein einkettiges 62 kDa-Protein, das aus 535 Aminosäureresten besteht und von Corynebacterium diphtherie lysogene Beta-Phagen enthaltend (Holmes, 2000). DT vermittelt seine zytoletale Wirkung durch die Hemmung der Proteinsynthese in anfälligen Zellen (Bennett und Eisenberg, 1994). Wie in Abbildung 1 schematisch dargestellt, ist DT ein Y-förmiges Molekül, das zwei funktionell unterschiedliche Regionen enthält: A und B. Das A-Fragment (am N-Terminus lokalisiert) enthält eine katalytische Domäne (C-Domäne 22 KDa, Reste 1� ), das die Proteinsynthese in eukaryotischen Zellen stoppt. Das B-Fragment (befindet sich am C-Terminus) hingegen besteht aus zwei Domänen, einer Transmembrandomäne (T-Domäne, 22 KDa, Reste 201�) und einer Rezeptorbindungsdomäne (R-Domäne, 18 KDa , Rückstände 385�).

Abbildung 1. Schematische Darstellung des Diphtherie-Toxins. Dieses Y-förmige Molekül besteht aus zwei verschiedenen Fragmenten, wobei das N-terminale Fragment Fragment A und das C-terminale Fragment B genannt wird. Fragment A enthält die katalytische Domäne von DT, während Fragment B beide enthält die Translokations- (T) und Rezeptor-bindenden (R) Domänen von DT.

Die T-Domäne hilft bei der Translokation der C-Domäne vom Endosom in das Cytosol, während die R-Domäne hilft, den Heparin-bindenden epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (HBEGFR) auf den Oberflächen empfindlicher Zellen zu binden (Bennett und Eisenberg, 1994). Im Zytoplasma anfälliger Zellen bindet die katalytische Domäne zunächst an Nicotinamid-Dinukleotid (NAD) und überträgt dann eine Adenosindiphosphat-Ribosyl-(ADPR)-Einheit auf den Elongationsfaktor 2, der anschließend die Proteinsynthese hemmt (Collier, 2001). Die Wechselwirkung von DT mit seinem Zelloberflächenrezeptor und sein Wirkmechanismus sind in den Abbildungen 2 bzw. 3 zusammengefasst.

Figur 2. Interaktion von DT mit seinem Rezeptor, gefolgt von seiner Internalisierung. Nach Bindung von DT an den Heparin-bindenden epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (HBEGFR, rot) verlagert die rezeptorvermittelte Endozytose DT in das Zytosol. Der saure pH-Wert des Endosoms verursacht Konformationsänderungen in der T-Domäne (gelb) und der Membran, was zu einem großen Kanal führt, der die Translokation der C-Domäne (grün) und ihre Freisetzung in das Zytoplasma ermöglicht.

Figur 3. Wirkmechanismus von DT. Die katalytische Domäne (grün) wirkt, indem sie die ADPR-Einheit (hellgrün) von NAD (rot) auf den posttranskriptional modifizierten Histidinrest bei 715 (Diphthamidblau) des Elongationsfaktors 2 (EF2, orange) überträgt. Dadurch wird EF2 irreversibel inaktiviert, was zur Hemmung der Proteinsynthese und des Zelltods führt.


Retrospektive Diagnose von Diphtherie durch Nachweis des Corynebacterium diphtheriae tox Gen in einem Formaldehyd-fixierten Rachenabstrich mittels PCR und Sequenzanalyse

Abb. 1 . Primer und PCR-Gemisch. Der Bericht von Ratti et al. (4) wurde für die DNA-Sequenz des C. diphtheriae tox Gen (a). Die verwendeten PCR-Primer wurden unter Verwendung des GENETYX-Systems (Software Development Co., Ltd.) entworfen. Zyklische Parameter für die PCR sind im Text angegeben und die Zusammensetzung des PCR-Ansatzes (b) wurde nach dem von Boehringer Mannheim Ltd. bereitgestellten Protokoll bestimmt. Abb. 2 . Ergebnis der PCR-Analyse des C. diphtheriae tox Gen, unter Verwendung von DNA-Matrizen, die mit destilliertem Wasser verdünnt wurden. Spuren: 1, formaldehydfixierte klinische Probe einmal verdünnt 2, formaldehydfixierte klinische Probe verdünnt 3 mal 3, formaldehydfixierte klinische Probe verdünnt 9 mal 4, formaldehydfixierte klinische Probe verdünnt 27 mal 5, formaldehydfixiert C. diphtherie PW8 (a toxGen-positiver Stamm) 1-mal verdünnt 6, formaldehydfixiert PW8 3-mal verdünnt 7, formaldehydfixiert PW8 9-mal verdünnt 8, formaldehydfixiertC. diphtherie NT05 (a tox gennegativer Stamm) 1-mal verdünnt 9, formaldehydfixiertes NT05 3-mal verdünnt 10, formaldehydfixiertes NT05 9-mal verdünnt 11, nicht-formaldehydfixiertes PW8 1-mal verdünnt 12, nicht-formaldehydfixiertes PW8 3-mal verdünnt 13, nicht- formaldehydfixiertes PW8 9-fach verdünnt 14, nicht-formaldehydfixiertes NT05 1-mal verdünnt 15, nicht-formaldehydfixiertes NT05 3-fach verdünnt 16, nicht-formaldehydfixiertes TN05 9-fach verdünnt M, DNA-Marker. Abb. 3 . Interner Ablauf der tox Gen, nachgewiesen durch Sequenzanalyse. Zeile A zeigt den internen Ablauf dertox Gen, das durch PCR unter Verwendung der Primer 1 und 2 amplifiziert wurde. Linie B zeigt die Nukleotidsequenz des PCR-Amplikons, bestimmt durch das Farbstoffterminatorverfahren unter Verwendung von Primer 1. n, undefinierter Nukleotidrest.

Mykoplasmen

Obwohl Mykoplasmen spp. keine Zellwand besitzen und daher nicht durch Gram-Färbungsreagenzien angefärbt werden, wird diese Gattung immer noch zu den grampositiven Bakterien mit niedrigem G+C-Wert gezählt. Die Gattung Mykoplasmen umfasst mehr als 100 Arten, die mehrere einzigartige Eigenschaften teilen. Es sind sehr kleine Zellen, einige mit einem Durchmesser von etwa 0,2 &mgr;m, was kleiner ist als einige große Viren. Sie haben keine Zellwände und sind daher pleomorph, das heißt, sie können verschiedene Formen annehmen und sogar sehr kleinen Tierzellen ähneln. Da ihnen eine charakteristische Form fehlt, können sie schwer zu identifizieren sein. Eine Art, M. pneumoniae, verursacht die milde Form der Lungenentzündung, die als „Walking-Pneumonie&rdquo oder &ldquoatypische Pneumonie bekannt ist. Diese Form der Lungenentzündung ist typischerweise weniger schwerwiegend als durch andere Bakterien oder Viren verursachte Formen.

Tabelle (PageIndex<2>) fasst die Eigenschaften bemerkenswerter Gattungen von Gram-positiven Bakterien mit niedrigem G+C-Wert zusammen.

Tabelle (PageIndex<2>): Bacilli - Gram-positive Bakterien mit niedrigem G+C-Gehalt
Beispielgattung Mikroskopische Morphologie Einzigartige Charakteristika
Bazillus Großer, grampositiver Bazillus Aerobier oder fakultativ Anaerobier bilden Endosporen B. anthrazit verursacht Milzbrand bei Rindern und Menschen, B. cereus kann eine Lebensmittelvergiftung verursachen
Clostridium Gram-positiver Bazillus Strenge Anaerobier bilden Endosporen alle bekannten Arten sind pathogen und verursachen Tetanus, Gasbrand, Botulismus und Kolitis
Enterokokken Gram-positive Kokken bilden in Kultur mikroskopisch kleine Paare (ähnlich Streptococcus pneumoniae) Anaerobe aerotolerante Bakterien, die im menschlichen Darm reichlich vorhanden sind, können Harnwegsinfektionen und andere Infektionen in der nosokomialen Umgebung verursachen
Lactobazillen Gram-positiver Bazillus Fakultative Anaerobier fermentieren Zucker zu Milchsäure, die als Probiotika in der vaginalen Mikrobiota verwendet wird
Leuconostoc Gram-positive Kokken können in Kultur mikroskopische Ketten bilden Fermenter, verwendet in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Sauerkraut und Kefir
Mykoplasmen Die kleinsten Bakterien erscheinen unter dem Elektronenmikroskop pleomorph Haben keine Zellwand, die aufgrund ihres Genoms als grampositive Bakterien mit niedrigem G+C-Wert eingestuft wird M. pneumoniae verursacht &ldquowalking&rdquo Lungenentzündung
Staphylokokken Gram-positiver Coccus bildet in der Kultur mikroskopisch kleine Cluster, die Weintrauben ähneln Tolerieren hohe Salzkonzentrationen fakultativ Anaerobier produzieren Katalase S. aureus kann auch Koagulase und Toxine produzieren, die für lokale (Haut-) und generalisierte Infektionen verantwortlich sind
Streptokokken Gram-positiver Kokken bildet Ketten oder Paare in Kultur Verschiedene Gattungen, die in Gruppen eingeteilt werden, basierend auf der gemeinsamen Nutzung bestimmter Antigene, einige Arten verursachen Hämolyse und können Toxine produzieren, die für lokale (Hals-) und generalisierte Krankheiten des Menschen verantwortlich sind
Ureaplasma Ähnlich zu Mykoplasmen Ein Teil der menschlichen Vaginal- und unteren Harnwegsmikrobiota kann Entzündungen verursachen, die manchmal zu inneren Narben und Unfruchtbarkeit führen

  1. Nennen Sie einige Möglichkeiten, wie Streptokokken klassifiziert werden.
  2. Nennen Sie ein pathogenes grampositives Bakterium mit niedrigem G+C-Gehalt und eine Krankheit, die es verursacht.

Klinisch Fokus - AUFLÖSUNG

Marshas Sputumprobe wurde an das mikrobiologische Labor geschickt, um die Identität des Mikroorganismus zu bestätigen, der ihre Infektion verursacht hat. Das Labor führte auch einen antimikrobiellen Empfindlichkeitstest (AST) an der Probe durch, um zu bestätigen, dass der Arzt die richtigen antimikrobiellen Medikamente verschrieben hat.

Die direkte mikroskopische Untersuchung des Sputums ergab säurefeste Bakterien (AFB), die in Marshas Sputum vorhanden waren. Nach dem Einbringen in Kultur gab es in den ersten 8 Tagen keine Anzeichen von Wachstum, was darauf hindeutet, dass der Mikroorganismus entweder tot war oder sehr langsam wuchs. Langsames Wachstum ist ein charakteristisches Merkmal von M. Tuberkulose.

Nach vier Wochen beobachtete der Labormikrobiologe markante farblose granulierte Kolonien (Abbildung (PageIndex<6>)). Die Kolonien enthielten AFB, das die gleichen mikroskopischen Eigenschaften aufwies, wie sie bei der direkten mikroskopischen Untersuchung von Marsha's Sputum gezeigt wurden. Um die Identifizierung des AFB zu bestätigen, wurden Proben der Kolonien unter Verwendung von Nukleinsäurehybridisierung oder direktem Nukleinsäureamplifikationstest (NAA) analysiert. Wenn ein Bakterium säurefest ist, wird es in die Familie eingeordnet Mykobakterien. Die DNA-Sequenzierung von variablen genomischen Regionen der DNA, die aus diesen Bakterien extrahiert wurde, zeigte, dass es ein hohes G+C war. Diese Tatsache diente dazu, Marshas Diagnose als Infektion mit M. tuberkulose. Nach neunmonatiger Behandlung mit den von ihrem Arzt verschriebenen Medikamenten erholte sich Marsha vollständig.

Abbildung (PageIndex<6>): M. tuberculosis wächst auf Löwenstein-Jensen (LJ)-Agar in verschiedenen Kolonien. (Kredit: Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten)

BIOPIRACY UND BIOPROSPEKTIERUNG

1969 machte ein Mitarbeiter eines Schweizer Pharmaunternehmens Urlaub in Norwegen und beschloss, Bodenproben zu entnehmen. Er nahm sie mit in sein Labor und die Schweizer Firma nutzte den Pilz anschließend Tolypokladium inflatum in diesen Proben, um Cyclosporin A zu entwickeln, ein Arzneimittel, das häufig bei Patienten verwendet wird, die sich einer Gewebe- oder Organtransplantation unterziehen. Das Schweizer Unternehmen verdient mehr als 1 Milliarde US-Dollar pro Jahr für die Produktion von Cyclosporin A, doch Norwegen erhält keine Gegenleistung und keine Zahlung an die Regierung oder Vorteile für das norwegische Volk. Trotz der Tatsache, dass Cyclosporin A zahlreiche Leben rettet, betrachten viele die Mittel, mit denen die Bodenproben gewonnen wurden, als Akt der &ldquobiopiraterie&rdquo im Wesentlichen als eine Form von Diebstahl. Rechtfertigt in einem solchen Fall der Zweck die Mittel?

Die Natur ist voll von noch unentdeckten Bakterien und anderen Mikroorganismen, die eines Tages zur Entwicklung neuer lebensrettender Medikamente oder Behandlungen genutzt werden könnten. 1 Pharma- und Biotechnologieunternehmen können aus solchen Entdeckungen enorme Profite ziehen, aber ethische Fragen bleiben. Wem gehören biologische Ressourcen? Sollten Unternehmen, die Millionen von Dollar in Forschung und Entwicklung investieren (und riskieren), verpflichtet werden, Einnahmen oder Lizenzgebühren für das Recht auf Zugang zu biologischen Ressourcen zu teilen?

Die Vergütung ist nicht das einzige Thema bei der Bioprospektion. Einige Gemeinschaften und Kulturen lehnen die Bioprospektion philosophisch ab, da sie unvorhergesehene Folgen des Sammelns von genetischem oder biologischem Material befürchten. Einheimische Hawaiianer zum Beispiel schützen ihre einzigartigen biologischen Ressourcen sehr.

Viele Jahre lang war unklar, welche Rechte Regierungsbehörden, private Unternehmen und Bürger beim Sammeln von Proben von Mikroorganismen auf öffentlichem Land haben. Dann, im Jahr 1993, gewährte die Konvention über die biologische Vielfalt jeder Nation die Rechte an jeglichem genetischen und biologischen Material, das auf ihrem eigenen Land gefunden wurde. Wissenschaftler können ohne vorherige Absprache mit dem Grundeigentümer keine Proben mehr sammeln. Diese Konvention stellt nun sicher, dass Unternehmen bei der Beschaffung der Muster, die sie zur Herstellung ihrer Produkte verwenden, ethisch handeln.


Mit der Variante Interleukin-3 fusioniertes Diphtherie-Toxin sorgt für eine verbesserte Bindung an den Interleukin-3-Rezeptor und eine stärkere Zytotoxizität von Leukämiezellen

Chemoresistenz ist eine häufige Ursache für ein Therapieversagen bei Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML). Wir erzeugten ein Diphtherie-Toxin (DT)-Fusionsprotein, das aus den katalytischen und Translokationsdomänen von DT (DT388) fusioniert mit Interleukin-3 (IL-3) besteht. IL-3-Rezeptoren (IL-3R) werden auf Blasten vieler AML-Patienten überexprimiert. DT388IL-3 zeigte in vitro und in vivo Zytotoxizität gegenüber leukämischen Blasten und minimale Schäden an normalem Gewebe in nichtmenschlichen Primatenmodellen. Jedoch war nur ein Bruchteil der leukämischen Patientenproben gegenüber dem Wirkstoff empfindlich. Um die Wirksamkeit und Spezifität des DT388IL-3-Moleküls zu verbessern, konstruierten wir Varianten mit veränderten Resten in der IL-3-Einheit. Zwei dieser Varianten, DT388IL-3[K116W] und DT388IL-3[Delta125-133], wurden mit ausgezeichneten Ausbeuten aus Escherichia coli hergestellt und teilweise gereinigt. Sie zeigten eine verstärkte Bindung an das menschliche IL-3R und eine größere Zytotoxizität gegenüber menschlichen Leukämie-Zelllinien im Vergleich zu Wildtyp-DT388IL-3. Interessanterweise unterstützen die Ergebnisse ein zuvor angenommenes Modell für die Interaktion der C-terminalen Reste von IL-3 mit einem hydrophoben Patch auf der Alpha-Untereinheit von IL-3R. Eine rationale Modifikation der Targeting-Domäne basierend auf einer Strukturanalyse kann ein Fusionstoxin mit erhöhter Fähigkeit zum Abtöten von Tumorzellen erzeugen. Eines oder beide dieser varianten Fusionsproteine ​​verdienen eine Weiterentwicklung für die Therapie der chemotherapierefraktären AML.


Wissenschaftler liefern erste Hinweise auf diphtherieähnlichen Infektionserreger bei Igeln

Bildnachweis: Juliane Seet

Als kulturelle Nachfolger leben Igel in unmittelbarer Nähe zum Menschen. Enge Kontakte können jedoch Risiken für Tier und Mensch bergen. Straßenverkehr, Rasenmäher und Infektionserreger bedrohen die stacheligen Insektenfresser. Einige Infektionserreger können auf den Menschen übertragen werden. Ein rücksichtsvoller Umgang mit Wildtieren und entsprechende Hygienemaßnahmen minimieren das Ansteckungsrisiko. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat Corynebacterium ulcerans – einen nahen Verwandten des Diphtherie verursachenden Bakteriums – bei Igeln identifiziert. Die Studie ist veröffentlicht in Neu auftretende Mikroben und Infektionen.

Diphtherie ist eine bakterielle Erkrankung des Menschen, die die oberen Atemwege befällt. Der Erreger Corynebacterium diphtheria kann ein spezifisches Diphtherie-Toxin-Gen enthalten. Diphtherie ist in Ländern mit hoher Durchimpfungsrate wie Deutschland sehr selten, obwohl C.-diphtherie-assoziierte Haut- oder Wundinfektionen in den letzten Jahren bei Fernreisenden häufiger auftraten.

In Deutschland ist eine Zunahme von Infektionen mit Corynebacterium ulcerans zu verzeichnen, einem nahen Verwandten von C. diphtheria, der häufig ein Diphtherie-ähnliches Toxin-Gen trägt und nun auch bei Igeln nachgewiesen wurde. Ein vom National Consiliary Laboratory for Diphtheria veröffentlichtes Bulletin kam zu dem Schluss, dass C. ulcerans bei einer Vielzahl von Tierarten ohne oder mit Krankheitssymptomen wie Lymphknotenabszessen, Wund- oder Atemwegsinfektionen auftritt.

„Es gibt eindeutige Übertragungsereignisse von infizierten Haustieren auf Besitzer von Hunden und Katzen“, sagen die Initiatoren der Studie Anja Berger und Andreas Sing. Entsprechende Fallzahlen sind gering, aber das Risiko einer Übertragung von Tier zu Mensch sollte die öffentliche Gesundheit für neu auftretende C. ulcerans-Infektionen sensibilisieren. Das Bakterium wurde bereits bei verschiedenen einheimischen Wildarten wie Rotfuchs, Wildschwein und Rehwild nachgewiesen. Diese Studie liefert den ersten Beweis für erkrankte Igel, die mit C. ulcerans infiziert sind.

„Die Ergebnisse sollen zu mehr Bewusstsein und Verantwortung für unsere Nachbarschaft beitragen“, sagt Kristin Mühldorfer, Forscherin am Leibniz-IZW-Lehrstuhl für Wildtierkrankheiten. Wildtiere können für die menschliche Gesundheit relevante Infektionserreger und Parasiten tragen. Likewise, infectious agents from humans and domestic animals can affect the health of wild animals.

Considerate care and hygiene measures are mandatory to safely handle wild animals such as hedgehogs. This includes proper hand washing with soap and warm water or appropriate use of hand sanitizers after animal contacts. "People at higher risk working with wild animals should be aware – these include veterinarians, professionals and volunteers in wildlife rehabilitation and sanctuaries," state the authors. Adequate vaccination is essential for protection against diphtheria and should be refreshed regularly.

A respectful distance from wildlife enables cohabitation between humans and animals even in close proximity. Weak, sick or injured wild animals should only be handled and nursed by experienced people, who have animal specific knowledge and approval. Wildlife samples from animals showing signs of bacterial disease can be shipped on request to the participating federal state laboratories or the Leibniz-IZW for investigation. In addition, the German CL-Diphtheria would further characterize confirmed Corynebacterium isolates on request.