Corynebacterium pseudotuberculosis

Corynebacterium pseudotuberculosis ist ein grampositives Bakterium, das Wiederkäuer , Pferde und – selten – Menschen infiziert. Es ist ein fakultativ anaerobes Bakterium , das Katalase exprimiert und zur Beta-Hämolyse fähig ist . Bei kleinen Wiederkäuern verursacht C. pseudotuberculosis die sogenannte käsige Lymphadenitis , die durch die Bildung pyogranulomatöser Abszesse gekennzeichnet ist. Im Allgemeinen verursacht das Bakterium Läsionen der Haut, der Lymphknoten und der inneren Organe. Eine Infektion mit C. pseudotuberculosis kann auch die ulzerative Lymphadenitis in den distalen Gliedmaßen von Pferden hervorrufen. Dieses Bakterium nutzt die Virulenzfaktoren Phospholipase D und Mykolsäure , um eukaryotische Zellwändezu schädigen bzw. der phagozytären lysosomalen Degradation zu widerstehen. Eine Infektion mit diesem Bakterium wird häufig durch eine Bakterienkultur des eitrigen Exsudats bestätigt. Sobald die Diagnose gestellt ist, kann die Behandlung der Infektion beginnen. Dies gestaltet sich jedoch aufgrund der Eigenschaften des Erregers und der von ihm verursachten Läsionen schwierig. Insbesondere ist C. pseudotuberculosis von Natur aus resistent gegen Streptomycin , wobei die Resistenz gegen Penicillin und Neomycin je nach Stamm variiert. Es hat sich gezeigt, dass der Erreger gegenüber Ampicillin , Gentamicin , Tetracyclin , Lincomycin und Chloramphenicol empfindlich ist . Es wurden auch Impfstoffe entwickelt, um eine erworbene Immunität gegen diese Infektion zu erzielen.

Die Entwicklung eines Impfstoffs wurde 1983 abgeschlossen und dieser in die Liste der empfohlenen Clostridienimpfstoffe für Schafe aufgenommen. Die nationale Prävalenzrate in Australien lag 2009 bei 5,2 %, variiert jedoch regional. ^{[ 1 ]} C. pseudotuberculosis verursacht auch Erkrankungen bei Pferden und sollte in Gebieten, in denen Fälle von „ Taubenfieber “ und „ulzerativer Lymphadenitis“ aufgetreten sind, als verbreitet betrachtet werden . ^{[ 2 ]}

Eine starke bakterielle Ausbreitung erfolgt, wenn oberflächliche Abszesse aufbrechen und Sekret freisetzen, das beim Putzen mit anderen Tieren in Kontakt kommt oder Futter, Wasser und Einstreu verunreinigt, die von anderen Tieren aufgenommen werden. Bei Pferden gelten Arthropoden als wichtige Infektionsquelle. Da sich die Vektormuster mit steigenden Temperaturen verändern, tritt C. pseudotuberculosis bei Pferden in den Vereinigten Staaten wieder vermehrt auf. ^{[ 2 ]}

Diese Bakterienart hat vereinzelt Infektionen bei Personen verursacht, die engen Kontakt zu infizierten kleinen Wiederkäuern haben. Die Symptome sind vergleichbar mit den Schwellungen der Lymphknoten in Hals und Leiste. ^{[ 3 ] [ 1 ]} Der wahrscheinlichste Infektionsweg ist der direkte Kontakt mit dem infizierten Tier oder dessen Rohprodukten. ^{[ 3 ]}

Clostridium pseudotuberculosis ist ein grampositives Bakterium, das als kokkenförmige oder fadenförmige Stäbchen vorkommt und Palisaden bilden kann . Metachromatische Volutingranula, die Phosphat enthalten , sind in der Stäbchenform sichtbar, nicht jedoch in der kokkenförmigen Form, wenn sie nach Albert oder Neisser gefärbt werden. Weitere Merkmale dieses Bakteriums sind die fehlende Sporenbildung, das Fehlen einer Kapsel und die Unbeweglichkeit sowie das Vorhandensein von Fimbrien . ^{[ 4 ]}

Das Bakterium ist fakultativ anaerob und wächst bei 37 °C unter aeroben und anaeroben Bedingungen. Nach 48-stündiger Inkubation auf festen Nährmedien bildet es trockene, blassgelbe Kolonien mit einem Durchmesser von 1–2 mm. Nährmedien mit Serum oder Vollblut fördern das Bakterienwachstum, und nach 48–72 Stunden Inkubation auf Blutagar bildet sich um die Bakterienkolonien herum ein Band aus Beta-Hämolyse . In flüssigen Nährmedien bildet C. pseudotuberculosis Aggregate. ^{[ 5 ]}

Während Stämme von C. pseudotuberculosis in ihrer Morphologie und ihrem Wachstum auf Nährmedien einheitlich sind, zeigen sie größere Unterschiede in ihren biochemischen Eigenschaften, wie beispielsweise ihrer Fermentationsfähigkeit . Obwohl sie kein Gas bilden können, sind alle Stämme in der Lage, Glucose , Fructose , Maltose , Mannose und Saccharose zur Säurebildung zu nutzen. Weitere biochemische Eigenschaften dieses Bakteriums sind die Beta-Hämolyse, die Expression von Phospholipase D und Katalase sowie die Oxidase-Negativität . ^{[ 4 ]} Im Allgemeinen sind zwei Subtypen von C. pseudotuberculosis bekannt: Der Equi- Biovar befällt Pferde und Rinder, während der Ovis -Biovar kleine Wiederkäuer befällt. ^{[ 6 ]} Die Fähigkeit zur Nitratreduktion kann zur Unterscheidung der Subtypen herangezogen werden. Der Equi -Biovar kann Nitrat reduzieren, der Ovis -Biovar hingegen in der Regel nicht, wobei jedoch Ausnahmen beobachtet wurden. ^{[ 7 ]} Corynebakterien, einschließlich C. pseudotuberculosis , können auch mittels eines biochemischen Tests, dem sogenannten API Coryne-System, differenziert werden. Dieser Test umfasst Enzym- und Kohlenhydratfermentationstests und benötigt 24–48 Stunden. ^{[ 4 ]} Schließlich kann eine Gensequenzanalyse zur Bestätigung der Identifizierung von C. pseudotuberculosis herangezogen werden , falls die biochemische Identifizierung nicht ausreicht. ^{[ 6 ]} Es wurde ein Multiplex-Polymerasekettenreaktionstest (PCR) entwickelt, der mithilfe einer Reihe charakteristischer Gene die Unterscheidung zwischen den eng verwandten Corynebakterien-Arten C. pseudotuberculosis , C. ulcerans und C. diphtheriae ermöglicht . ^{[ 8 ]}

Clostridium pseudotuberculosis verursacht die sogenannte käsige Lymphadenitis, die vorwiegend kleine Wiederkäuer wie Ziegen und Schafe befällt. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Die Erkrankung manifestiert sich häufig durch die Bildung pyogranulomatöser Abszesse. ^{[ 11 ]} Abszesse können an verschiedenen Stellen auftreten, betreffen aber am häufigsten die Haut und die oberflächlichen Lymphknoten. Dies wird als äußere Form der Erkrankung bezeichnet und ist die primäre Form bei Ziegen; oft sind knotige Läsionen sichtbar. Die innere Form der Erkrankung ist eher für Schafe relevant, da hier innere Organe und Lymphknoten betroffen sind. ^{[ 10 ]} Im Laufe der Zeit lagern sich in diesen Abszessen mehrere Schichten fibröser Kapseln ab, wodurch sie im Querschnitt ein lamellenartiges Aussehen erhalten. ^{[ 11 ] [ 10 ]} Der Inhalt des Abszesses ist dickflüssig und eitrig, und der Abszess platzt häufig auf. ^{[ 11 ]}

Die inneren Manifestationen der Erkrankung sind schwerer zu erkennen, da die klinischen Anzeichen nicht so eindeutig sind, können aber eine verminderte Fortpflanzungsfähigkeit und einen reduzierten Allgemeinzustand umfassen. ^{[ 12 ]} Abhängig von der Lage der Läsionen kann das Tier Schluckstörungen und abnormes Wiederkäuen entwickeln. ^{[ 11 ]}

Das häufigste klinische Symptom bei infizierten Rindern sind ulzerative Hautläsionen. ^{[ 13 ]} Mastitis , eine Euterentzündung, die meist durch Streptokokken und Staphylokokken verursacht wird, kann in seltenen Fällen auch durch Clostridium pseudotuberculosis hervorgerufen werden. ^{[ 14 ] [ 11 ] [ 13 ]} Infizierte Rinder weisen zudem häufiger Fehlgeburten auf. ^{[ 13 ]}

Clostridium pseudotuberculosis kann auch bei Pferden Erkrankungen hervorrufen, die sich ebenfalls durch Abszesse äußern. Die Läsionen treten jedoch am häufigsten an der Bauch- und Brustseite auf. C. pseudotuberculosis kann auch eine Infektion der distalen Gliedmaßen verursachen, eine Manifestation, die als ulzerative Lymphangitis bekannt ist . Es handelt sich dabei in der Regel um eine einseitige Läsion. Die betroffene Gliedmaße ist schmerzhaft und geschwollen und weist eiternde, ulzerative und knotige Läsionen auf. ^{[ 13 ]}

Die Diagnose einer C. pseudotuberculosis kann aufgrund unspezifischer klinischer Symptome wie Gewichtsverlust und allgemeiner Schwäche schwierig sein. ^{[ 12 ]} Die Bestätigung der Diagnose bei Tieren mit der inneren Form der Erkrankung ist schwieriger, jedoch können Ultraschall- oder Röntgenuntersuchungen hilfreich sein. ^{[ 10 ]} Die PCR hat vielversprechende Ergebnisse für die Diagnose gezeigt, und ein Doppelantikörper-Sandwich- ELISA kann bei Schafen und Ziegen eingesetzt werden. ^{[ 12 ]}

C. pseudotuberculosis besitzt zwei gut dokumentierte Virulenzfaktoren : Phospholipase D (ein Endotoxin) ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} und ein Mykolsäure- Oberflächenlipid. ^{[ 15 ]} Es wird angenommen, dass beide Virulenzfaktoren unabhängig von Plasmiden sind, da in C. pseudotuberculosis kein Plasmid gefunden wurde . ^{[ 15 ]}

Alle bisher in der Forschung isolierten C. pseudotuberculosis-Stämme wiesen den Virulenzfaktor Phospholipase D auf. ^{[ 15 ]} Studien, die das Fehlen oder die Mutation des Phospholipase-D-Gens in mit C. pseudotuberculosis infizierten Mäusen untersuchten, zeigten, dass keine chronische Abszessbildung auftrat. ^{[ 16 ]} Dieses für die Phospholipase kodierende Gen wurde auf der Pathogenitätsinsel 1 lokalisiert. ^{[ 18 ]} Mindestens sieben Pathogenitätsinseln wurden in C. pseudotuberculosis nachgewiesen . ^{[ 18 ]}

Phospholipase D ist ein Esterbindungen spaltendes Exotoxin, das dem Bakterium die Fähigkeit verleiht, Sphingomyelin zu spalten [ ^{15 ]. Sphingomyelin} ist ein Glycerophospholipid und Bestandteil der eukaryotischen Zellwand ^{[ 19 ]} . Durch die Zerstörung oder Spaltung dieses Bestandteils wird die Zellwand geschädigt ^{[ 15 ]} . Dies kann zum Tod oder Funktionsverlust eukaryotischer Zellen führen. Dieser Effekt könnte die Invasion von C. pseudotuberculosis begünstigen ^{[ 18 ]} .

Phospholipase D erhöht auch die Gefäßpermeabilität ^{[ 15 ] [ 17 ]} , möglicherweise aufgrund von Sphingomyelinase- Effekten. Die erhöhte Permeabilität kann einen verstärkten Lymphabfluss ermöglichen und so einen der Migrationsmechanismen zu den Lymphknoten darstellen, wo C. pseudotuberculosis chronische Abszesse verursacht. ^{[ 17 ]}

Ein weiterer Mechanismus des lymphatischen Transports wird durch das Vorhandensein eines Mykolsäure-Oberflächenlipids ermöglicht, das C. pseudotuberculosis umhüllt . ^{[ 15 ]} Mykolsäure bildet eine Schutzbarriere, die es der Bakterienzelle ermöglicht, dem lysosomalen Abbau durch phagozytierende weiße Blutkörperchen zu widerstehen. ^{[ 17 ] [ 15 ]} Dadurch können die Bakterien nach der Phagozytose als fakultativ intrazelluläre Parasiten agieren ; der Phagozyt wandert schließlich zum Lymphknoten, wo es zu einer chronischen Infektion kommt. Das Oberflächenlipid ist zytotoxisch und kann zum Tod von Makrophagen führen . ^{[ 15 ]}

In einer prospektiven Studie mit 12 Burenziegen zeigte die Inokulation mit Mykolsäure im Vergleich zu Kontrolltieren statistisch signifikante pathologische Veränderungen in der Lunge. ^{[ 20 ]} Gruppen, die mit Mykolsäure oder C. pseudotuberculosis inokuliert wurden, wurden histopathologisch mit einer Kontrollgruppe verglichen. Beide Gruppen wiesen Hämorrhagien, Stauungen, Ödeme, Entzündungen und Nekrosen auf. Zu den von diesen degenerativen Veränderungen betroffenen Organen gehörten Lunge, Herz, Niere und Milz, wobei der Schweregrad innerhalb der Organe und zwischen den mit Mykolsäure bzw. C. pseudotuberculosis infizierten Gruppen variierte. ^{[ 20 ]} Die Bedeutung dieses Virulenzfaktors wurde auch durch eine Studie an Mäusen unterstrichen, bei denen Mykolsäure injiziert wurde und die eine chronische Abszessbildung entwickelten, deren Ausmaß mit steigender Dosis zunahm. ^{[ 15 ]}

Es sind vier verschiedene Stämme von C. pseudotuberculosis bekannt: Cp1002, CpC231, Cp119 und CpFRC41. ^{[ 18 ]} Beim Vergleich der Gene dieser Stämme wurde das größte Genom mit 2.377 Genen gefunden, von denen 1.851 Gene in allen vier Stämmen vorkommen. ^{[ 18 ]} In einem von einem Mädchen isolierten CpFRC41-Stamm wurde unter anderem ein Gen für Superoxiddismutase identifiziert. ^{[ 21 ]} Superoxiddismutase ist an der Umgehung des Immunsystems beteiligt, indem sie reaktive Substanzen deaktiviert, die vom Körper ausgeschüttet werden und die Bakterienzelle andernfalls abtöten würden. ^{[ 22 ]} Beim Vergleich der Stämme Cp1002 und CpC231 in der sechsten Pathogenitätsinsel (PiCp6) zeigte sich, dass Cp1002 das Gen pipA1 und CpC231 das Gen pipB enthält . ^{[ 18 ]} Diese Insel (6) codiert für die Prolin-Iminopeptidase , die an der Abspaltung von Prolin von Proteinen beteiligt ist.

Durch genomische Analysen wurden viele weitere mögliche Virulenzfaktoren identifiziert. ^{[ 18 ] [ 21 ] [ 22 ]}

Die Behandlung von C. pseudotuberculosis bei infizierten Tieren gestaltet sich schwierig, vor allem aufgrund der Beschaffenheit der Läsionen und der fakultativ intrazellulären Natur des Erregers. ^{[ 15 ] [ 23 ]} In vitro zeigten sich Stämme von C. pseudotuberculosis gegenüber zahlreichen antimikrobiellen Therapien empfindlich , darunter Ampicillin, Gentamicin, Tetracyclin, Lincomycin, Chloramphenicol und andere. Die Behandlung in vivo ist vermutlich aufgrund der festen Kapsel und der dicken, käsigen Beschaffenheit der Abszessläsionen eingeschränkt, da diese schwer mit Antibiotika zu behandeln sind. ^{[ 15 ] [ 24 ]} Die meisten Stämme von C. pseudotuberculosis weisen eine intrinsische Resistenz gegen Streptomycin auf, wobei die Resistenz gegen Penicillin und Neomycin je nach Stamm variiert . ^{[ 24 ]}

Zur Behandlung von Infektionen mit Clostridium pseudotuberculosis stehen derzeit verschiedene Impfstoffe zur Verfügung , darunter Bakterin- , Toxoid- , Kombinations-, Lebend- und DNA-Impfstoffe . ^{[ 17 ]} Da ein Teil des Lebenszyklus von C. pseudotuberculosis intrazellulär verläuft, gestaltet sich die Impftherapie zusätzlich schwierig, da ein Impfstoff eine zelluläre und nicht nur eine humorale Antikörperantwort auslösen muss, um die Bakterien aus dem Körper zu eliminieren. ^{[ 23 ]} Ein Impfstoff mit einer rekombinanten Form des Phospholipase-D-Exotoxins ist mittlerweile weit verbreitet und reduziert nachweislich das Auftreten von Lungenläsionen und das Ausmaß der Gewebeschädigung nach einer Infektion. Obwohl Impfungen eine Infektion in einem Bestand nicht verhindern, minimieren sie den Schweregrad der Infektion, sodass sie die Anzahl der Schlachtkörperbeanstandungen für die Erzeuger verringern können. Dieses Exotoxin ist häufig Bestandteil von Kombinationsimpfstoffen, die auch vor Clostridien-Erkrankungen schützen. Gute Managementpraktiken, einschließlich der Implementierung konsequenter Impfprotokolle mit dem Kombinationsimpfstoff Glanvac 6 (Zoetis), haben sich als wirksam erwiesen und zu einem Rückgang der Fallenden Lymphadenitis in Australien geführt. ^{[ 1 ]} Impfstoffe sollten gemäß den Anweisungen des Herstellers verabreicht werden, um eine optimale Wirksamkeit zu gewährleisten. Dabei ist sicherzustellen, dass die Impfstoffe den geeigneten Tieren im richtigen Alter verabreicht und in den empfohlenen Abständen aufgefrischt werden. ^{[ 17 ]}

Da die Möglichkeiten der antimikrobiellen Therapie und der Impfprotokolle begrenzt sind, werden geeignete Managementpraktiken zur Bekämpfung der Käsigen Lymphadenitis dringend empfohlen. ^{[ 25 ]} Gute Haltungspraktiken können das Auftreten und die Ausbreitung der Käsigen Lymphadenitis bei kleinen Wiederkäuern verringern, die Tiergesundheit verbessern und die wirtschaftlichen Auswirkungen auf die Erzeuger minimieren. ^{[ 23 ]} C. pseudotuberculosis wird häufig über oberflächliche Wunden übertragen, die beim Scheren, Kastrieren, Schwanzkupieren und Ohrmarken entstehen. Daher kann die Desinfektion der Ausrüstung zwischen den Tieren und die Reinigung der Wundstellen die Ausbreitung eindämmen. Die Krankheit kann sich auch über oberflächliche Wunden verbreiten, die bei Tierkämpfen entstehen. C. pseudotuberculosis kann auf Oberflächen wie Stroh, Heu, Holz und Kot wochenlang und im Boden bis zu acht Monate überleben. Daher ist die ordnungsgemäße Desinfektion der Ställe und die Weidepflege unerlässlich, um die Ausbreitung der Krankheit zu begrenzen. ^{[ 23 ]} Es wird empfohlen, infizierte Tiere zu isolieren, und in einigen Fällen kann die Keulung infizierter Tiere angezeigt sein. ^{[ 23 ]}