Escherichia coli - pathogene Stämme

Enteroaggregative E. coli (EAEC)

EAEC verursachen vor allem in Entwicklungsländern Durchfallerkrankungen, aber auch in den Industrieländern nimmt die Häufigkeit zu1. 

In Europa sind die Erreger über alle Altersgruppen hinweg eine der häufigsten Ursachen für Durchfallerkrankungen. Weltweit lösen sie große Epidemien aus. Bei Kleinkindern und HIV-Patienten können EAEC persistierende Diarrhöen verursachen.

EAEC sind die zweithäufigsten Verursacher von Reisedurchfällen (2,3,4,5,6).

Pathogenese und Symptomatik

EAEC infizieren den Darm in fünf Schritten. Die Bakterien:  

1. lagern sich aneinander (Agglutination) (1) 
2. binden an das Epithel des Dünn- und Dickdarms (1,6), 
3. bilden einen Biofilm, 
4. greifen das Epithel über Toxine an und lösen dabei oft Entzündungen aus 
5. verstärken den Biofilm.

Symptome der Infektion: 

• wässrige und schleimige Diarrhöen, die akut auftreten oder über 14 Tage persistieren
• Blutbeimengung möglich
• niedriges Fieber
• Übelkeit
• schmerzhafter Stuhlgang (Tenesmus) und 
• laute Bauchgeräusche (Borborygmus) (1,6) 

Die Infektion ist meist selbstlimitierend6.

Übertragung

Kontaminierte Lebensmittel und Trinkwasser übertragen den Erreger. Auch eine fäkal-orale Übertragung ist möglich. 
Reisen in Entwicklungsländer erhöhen das Ansteckungsrisiko (6). 

Enteropathogene E. coli (EPEC)

Ungefähr bis 1970 waren EPEC-Infektionen die wichtigsten Verursacher von Gastroenteritiden bei Säuglingen und Kleinkindern in den Industriestaaten. Inzwischen sind die EPEC-Infektionen in den Industriestaaten zurückgegangen, vor allem aufgrund der verbesserten Krankhaushygiene und besseren Lebensbedingungen. 
In den Entwicklungsländern spielen EPEC-Infektionen nach wie vor eine große Rolle (8). 

Pathogenese und Symptomatik

EPEC heften sich an das Darmepithel an und lösen darüber eine Enteritis aus (10). Das betrifft vor allem Frühgeborene, Neugeborene und Säuglinge, seltener Erwachsene. 

Die Infektionen betreffen den oberen Dickdarm und gelegentlich den Dünndarm. 
Die Symptome sind:

• Erbrechen und wässrige Diarrhöen
• schleimige und blutige Durchfälle möglich
• Appetitlosigkeit
• Fieber
• Abgeschlagenheit 
• möglicherweise adominale Schmerzen (9) 

Dauern die Durchfälle länger als 14 Tage an, besteht die Gefahr einer Toxikose.

Übertragung

EPEC treten auch bei landwirtschaftlich genutzten Tieren auf. Deshalb spielen wahrscheinlich kontaminierte Lebensmittel die größte Rolle bei der Übertragung. Genaue Untersuchungen dazu fehlen. Auch eine direkte fäkal-orale Übertragung ist möglich (9). 

Enterotoxische E. coli (ETEC)

ETEC sind die häufigsten Verursacher von Reisediarrhöen bei Reisen nach Nordafrika, Südamerika und Südostasien (11). ETEC-Infektionen treten oft in Ländern der warmen Klimazonen mit schlechten Hygienestandards auf. 
In den Industriestaaten sind sie überwiegend als Reisediarrhöen von Bedeutung (12). 

Pathogenese und Symptomatik

ETEC heften sich an das Epithel des Dünndarms (13) an und bilden Toxine. Die Toxine binden an die Epithelzellen und verursachen Elektrolytverluste der Zellen. Das führt zu wässrigen Diarrhöen und Krämpfen (14,15). 

Weitere Symptome wie Fieber, Übelkeit und Erbrechen sind selten. Die Erkrankung ist meist selbstlimitierend5.

Übertragung

Menschliche und tierische Fäkalien sind die Hauptquelle von ETEC, die Bakterien werden fäkal-oral übertragen (15). Eine ETEC-Infektion tritt entsprechend beim Verzehr von Lebensmitteln, Trinkwasser oder Eis auf, das mit ETEC verunreinigt ist. 

ETEC können neben hitzelabilen auch hitzestabile Toxine bilden; das Durcherhitzen von Lebensmitteln verhindert also nicht zwangsläufig eine Erkrankung (14).

Shiga-like-Toxin produzierende E. coli (STEC)

Die E. coli-Stämme haben die Fähigkeit, Shigatoxine zu bilden. Bei den Shigatoxinen handelt es sich um Zytotoxine, Verotoxin ist ein weiterer Begriff dafür. Deshalb heißen die Bakterien Shigatoxin- oder Verotoxin-produzierende E. coli (STEC oder VTEC). 

Es gibt zwei Hauptgruppen von Shigatoxinen: Stx 1 und Stx 2. Schwere Erkrankungen wie das hämolytisch-urämische Syndrom werden überwiegend von Stx 2-produzierenden Bakterien hervorgerufen.

Fachkreise sehen derzeit jeden STEC als potentiellen EHEC an, also als enterohämorrhagischen E. coli: Das Infektionsschutzgesetz subsumiert unter dem Begriff EHEC alle humanpathogenen STEC. 
Zuvor bezeichneten Wissenschaftler nur die diejenigen STEC als EHEC, die eine hämorrhagische Kolitis oder das hämolytisch-urämische Syndrom beim Menschen hervorriefen. 

Aufgrund ihrer Oberflächen(O)-Antigenstruktur gehören EHEC verschiedenen Serogruppen an. Die weltweit und auch in Deutschland am häufigsten isolierte EHEC-Serogruppe ist O157 (16). 
Als bekanntester STEC-Vertreter hat ein Stamm des Serotyps O104:H4 im Jahr 2011 in Deutschland zu vielen schweren Erkrankungen mit hämolytisch-urämischem Syndrom und blutigen Durchfällen geführt. In der Folge starben 53 Menschen (17).

EHEC-Infektionen treten weltweit auf. Laut Robert-Koch-Institut ist die Inzidenz von EHEC-Erkrankungen in Deutschland bei Kindern unter fünf Jahren am höchsten. Die Bakterien sind in ihrer Umwelt stabil und überleben gut in saurem Milieu.

Pathogenese und Symptomatik

Shigatoxine binden vor allem an die kapillaren Endothelzellen und führen zum schnellen Zelltod1. Neben den gebildeten Shigatoxinen trägt das Protein Intimin zur Entstehung schwerer Durchfallerkrankungen bei (17). 

Die häufigsten Symptome sind unblutiger, meist wässriger Durchfall mit Übelkeit, Erbrechen und zunehmenden Abdominalschmerzen. Fieber tritt selten auf. 
Zehn bis 20 Prozent der Erkrankten entwickeln als schwere Verlaufsform eine hämorrhagische Kolitis mit krampfartigen Abdominalschmerzen, blutigem Stuhl und teilweise Fieber.

Säuglinge, Kleinkinder, alte Menschen und abwehrgeschwächte Personen erkranken häufiger schwer. Gefürchtet ist das vor allem bei Kindern vorkommende hämolytisch-urämische Syndrom, das durch die Trias hämolytische Anämie, Thrombozytopenie und Nierenversagen bis zur Anurie charakterisiert ist. Die schwere Komplikation tritt in etwa fünf bis zehn Prozent der symptomatischen EHEC-Infektionen auf und ist der häufigste Grund für akutes Nierenversagen im Kindesalter. In der Akutphase des hämolytisch-urämischen Syndroms liegt die Letalität bei ungefähr zwei Prozent (16).

Vorsicht ist beim Einsatz von Antibiotika geboten: Wie Wissenschaftler im Mausexperiment zeigten, erhöht die Gabe von Ciprofloxacin die Menge der gebildeten Shigatoxine und tötete so zwei Drittel der Versuchstiere (18).

Übertragung

Wiederkäuer wie Rinder, Schafe und Ziegen, aber auch Wildwiederkäuer wie Rehe und Hirsche sind die Hauptinfektionsquellen. Die Erreger leben im Darm der Tiere. Entsprechend übertragen sich die Infektionen durch Verzehr kontaminierter Lebensmittel oder den Kontakt zu Wiederkäuern (16). 

STEC oder EHEC sind vor allem in Fleisch, Fleischprodukten, Rohmilch und Rohmilchprodukten von Wiederkäuern zu finden. Auch pflanzliche Lebensmittel wie Sprossen können STEC oder EHEC enthalten. Immungeschwächte Personen sollten deshalb auf den Verzehr roher Sprossen verzichten (17). 

Darüber hinaus können Menschen STEC oder EHEC durch kontaminiertes Wasser erwerben, zum Beispiel beim Baden. Auch direkte Übertragungen von Mensch zu Mensch sind ein häufiger Infektionsweg (16). 

Literatur

1. Jensen B. H. et al. Epidemiology and Clinical Manifestations of Enteroaggregative Escherichia coli. Clinical Microbiology Reviews 2014; 27: 614 
2. DuPont, H. L. Bacterial diarrhea. New England Journal of Medicine 2009; 361:1560.
3. Nataro, J. P. et al. Diarrheagenic Escherichia coli infection in Baltimore, Maryland und New Haven, Connecticut. Clinical infectious diseases 2006; 43:402.
4. Roche, J. K.  et al. Enteroaggregative Escherichia coli (EAEC) Impairs Growth while Malnutrition Worsens EAEC Infection: A Novel Murine Model of the Infection Malnutrition Cycle. The Journal of Infectious Diseases 2010; 202:506.
5. Zamboni, A. et al. Enteroaggregative Escherichia coli virulence factors are found to be associated with infantile diarrhea in Brazil. Journal of clinical microbiology 2004; 42:1058.
6. Huang, D. B. A review of an emerging enteric pathogen: enteroaggregative Escherichia coli. Journal of Medical Microbiology 2006; 55:1303.
7. Gesetz zur Verhütung und Bekämpfung von Infektionskrankheiten beim Menschen (Infektionsschutzgesetz - IfSG), Stand 17.7.2017, § 7 Meldepflichtige Nachweise von Krankheitserregern.
8. BfR-Mikrobielle Risiken von Lebensmitteln, Internetseite des Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), https://www.bfr.bund.de/de/escherichia_coli-54352.html, abgerufen am 24.08.2018.
9. Gesundheitsamt Landkreis Diepholz. Merkblatt zu Enteropathogenen Escherichia coli (EPEC). Stand März 2013.
10. Cleary J. et al. Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) adhesion to intestinal epithelial cells: role of bundle-forming pili (BFP), EspA filaments and intimin. Microbiology 2004;150:527.
11. Huang, D. B. A review of an emerging enteric pathogen: enteroaggregative Escherichia coli. Journal of Medical Microbiology 2006; 55:1303.
12. BfR-Mikrobielle Risiken von Lebensmitteln, Internetseite des Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), https://www.bfr.bund.de/de/escherichia_coli-54352.html, abgerufen am 24.08.2018.
13. Levine M. M. Adhesion of enterotoxigenic Escherichia coli in humans and animals. Ciba Found Symp. 1981;80:142.
14. Qadri F. el al. Enterotoxigenic Escherichia coli in Developing Countries: Epidemiology, Microbiology, Clinical Features, Treatment, and Prevention. Clinical Microbiology Reviews 2005; 18:465. 
15. CDC-Centers für Disease Control and Prevention. Enterotoxigenic E. coli (ETEC). Stand Dezember 2014.
16. Ratgeber des Robert-Koch-Instituts (RKI). EHEC-Erkrankungen, Stand 26.03.2015.
17. Shigatoxin-bildende E. coli in Lebensmitteln: Vorhersage des krankmachenden Potenzials der verschiedenen Stämme noch nicht möglich. Stellungnahme Nr. 009/2018 des BfR vom 19. April 2018.
18. Zhang X. et al. Quinolone Antibiotics Induce Shiga Toxin–Encoding Bacteriophages, Toxin Production, and Death in Mice. The Journal of Infectious Diseases 2000;181:664.