Bakterielle Pathogenese ist der Prozess, durch den Bakterien bei einem Wirt Krankheiten verursachen. Pathogenität ist die Fähigkeit, Krankheiten zu verursachen, während sich Virulenz auf den Grad der verursachten Schädigung bezieht. Virulenzfaktoren sind von Krankheitserregern produzierte Moleküle, die die Kolonisierung, Immunumgehung und Gewebezerstörung ermöglichen.
Kochs Postulate
Kochs Postulate stellen den kausalen Zusammenhang zwischen einem Mikroorganismus und einer Krankheit her: Der Mikroorganismus muss in kranken, aber nicht in gesunden Individuen vorkommen; es muss isoliert und in Reinkultur gezüchtet werden; die Reinkultur muss die gleiche Krankheit verursachen, wenn sie einem gesunden, anfälligen Wirt inokuliert wird; und derselbe Mikroorganismus muss aus dem experimentell infizierten Wirt erneut isoliert werden.
Adhäsion und Kolonisierung
Adhäsine sind Oberflächenstrukturen, die die Bindung an Wirtszellen vermitteln. Pili (Fimbrien) sind die häufigsten adhäsiven Strukturen, einschließlich Pili vom Typ I (E. coli), P-Pili (Pyelonephritis-assoziiert) und Curli-Fasern. Zu den Nicht-Pilus-Adhäsinen gehören Oberflächenproteine wie Invasin (Yersinia), Internalin (Listeria) und Fibronektin-bindende Proteine (Staphylococcus, Streptococcus). Viele Bakterien bilden Biofilme – oberflächengebundene Gemeinschaften, die von einer extrazellulären Polymersubstanz (EPS)-Matrix aus Polysacchariden, Proteinen und DNA umgeben sind – die Antibiotika und der Immunabwehr des Wirts widerstehen.
Invasion
Einige Krankheitserreger dringen in Wirtszellen ein, um einer Immunerkennung zu entgehen. Der Mechanismus kann reißverschlussartig (Listeria, Yersinia, Bindung von Wirtsrezeptoren) oder auslöserartig (Salmonella, Shigella, Injektion von Effektorproteinen über Typ-III-Sekretionssysteme) sein. Intrazelluläre Krankheitserreger überleben und vermehren sich in Wirtszellen – Mycobacterium tuberculosis überlebt in Makrophagen, indem es die Phagosom-Lysosomen-Fusion hemmt. Eine Invasion kann direkte Gewebeschäden verursachen und die Ausbreitung in tiefere Gewebe erleichtern.
Giftstoffe
Exotoxine sind abgesonderte Proteine, die spezifische Schäden verursachen, oft an Stellen, die weit von der Infektion entfernt sind; Sie sind immunogen (stimulieren Antitoxin-Antikörper) und können zur Bildung von Toxoiden für die Impfung inaktiviert werden. Zu den Arten von Exotoxinen gehören A-B-Toxine (Choleratoxin, Diphtherietoxin, Tetanustoxin, Botulinumtoxin), membranschädigende Toxine (Hämolysine, Leukocidine) und Superantigene (Toxin für das toxische Schocksyndrom, Staphylokokken-Enterotoxine). Endotoxin (LPS) ist die Lipid-A-Komponente der gramnegativen Außenmembran; Es wird während der Bakterienlyse freigesetzt und löst durch die Aktivierung des Toll-like-Rezeptors 4 (TLR4) Fieber, Entzündungen und möglicherweise einen septischen Schock aus.
Immunevasion-Strategien
Die Polysaccharidkapsel hemmt die Phagozytose; Zu den eingekapselten Krankheitserregern gehören Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae Typ B, Neisseria meningitidis und Klebsiella pneumoniae. Antigenvariation ermöglicht es Krankheitserregern, Oberflächenantigene zu verändern, um Antikörpern auszuweichen – Neisseria gonorrhoeae variiert Pilin-Proteine und Influenza A variiert Hämagglutinin und Neuraminidase. IgA-Protease spaltet sekretorisches IgA in der Gelenkregion und wird von Neisseria, Haemophilus und Streptococcus pneumoniae produziert. Für das intrazelluläre Überleben entkommen einige Krankheitserreger (Listeria, Shigella, Rickettsia) dem Phagosom und replizieren sich im Zytosol, während andere (Coxiella, Legionella) innerhalb modifizierter Phagosomen überleben.
Eisenerwerb
Eisen ist für das Bakterienwachstum essentiell, wird jedoch von Wirtsproteinen (Transferrin, Lactoferrin, Ferritin, Hämoglobin) gebunden. Siderophore sind kleine, hochaffine Eisenchelatbildner, die von Bakterien abgesondert werden – Beispiele hierfür sind Enterobactin (E. coli), Pyoverdin (Pseudomonas) und Mycobactin (Mycobacterium). Krankheitserreger nutzen auch Häm-Akquisitionssysteme (HemR, HasR) und Häm-bindende Proteine, um Eisen direkt aus den Hämoproteinen des Wirts zu extrahieren.
Regulierung der Virulenz
Quorum Sensing ermöglicht es Bakterien, die Expression von Virulenzgenen als Reaktion auf die Populationsdichte mithilfe von Autoinduktionsmolekülen (Acylhomoserinlactone bei Gram-negativ, autoinduzierende Peptide bei Gram-positiv) zu regulieren. Zweikomponentige Regulierungssysteme (z. B. PhoP/PhoQ bei Salmonella, BvgS/BvgA bei Bordetella) erfassen Umweltsignale und koordinieren die Expression von Virulenzgenen. Viele Virulenzfaktoren werden durch globale Regulierungsbehörden wie ToxR (Vibrio cholerae), PrfA (Listeria monocytogenes) und Agr (Staphylococcus aureus) reguliert.
