Molekulare Diagnostik
1Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch
Krankheitserreger und ihre
Diagnostik
•Bakterien
•Viren
•Parasiten/Protozoen
•Pilze
•Prionen
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Definitionen
• Pathogene (Krankheitserreger, Keim)
– Mikroorganismus oder Virus welcher eine infektiöse Krankheit
hervorrufen kann
• Mikroorganismen (Mikroben)
– Mikroskopisch kleine Lebewesen (ausgenommen Viren)
• Infektion
– Eindringen und Vermehren einer Mikrobe in einem Makroorganismus
• Virulenz
– Maß der krankmachenden Eigenschaft eines Pathogens (auch
Bakterien)
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Übertragungswege
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Virulenzspektrum
Klinische Auswirkung:
•Poliomyelitis bei Kindern: 0.1-1%
•Röteln: 50%
•Tollwut: 100%
AsymptotischeAsymptotische
InfektionInfektion
Klinische FKlinische Fäällelle
Latente InfektionLatente Infektion
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Todesursachen im Vergleich Europa / Afrika
WHO, World Health Report 2002, Geneva, 2003
6%8%
86%
Infektionen,
perinatale Urs.,
Ernährung
Tumor, D.m., KHK,
cerebrovask.,
Psych.
Verletzungen,
Unfälle, Straftaten
71%
22%
7%
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Bakterien
• Einzeller
• Simple Struktur (Plasmamembran, keine Organellen)
• Einteilung in grampositive und –negative Bakterien
• Feinere Einteilung nach Morphologie (Kokken, Spirillen)
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Koch's postulates (1876):
•The microorganism must be found in abundance in all organisms suffering
from the disease, but should not be found in healthy organisms.
•The microorganism must be isolated from a diseased organism and grown in
pure culture.
•The cultured microorganism should cause disease when introduced into a
healthy organism.
•The microorganism must be reisolated from the inoculated, diseased
experimental host and identified as being identical to the original specific
causative agent.
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Bakterielle Krankheiten
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Mechanismen bakterieller Pathogenizität
• Invasion
– Kolonialisierung (Adherenz (Adhesine) und
Multiplikation)
– Produktion von Substanzen, welche die Invasion
unterstützen (Invasine)
– Entwicklung von Resistenz gegen Immunantwort des
Wirtes
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A macrophage extends
a semiliquid
projection (a so-called
pseudopodium)
towards some bacteria
in the foreground.
Image by Lennert Nilsson,
Karolinska Inst., Stockholm
© Boehringer Ingelheim
International GmbH
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• A series of images
shows (top left to
bottom right) the
process – called
phagocytosis – by
which some
bacteria are
ingested by a
macrophage.
Image by Lennert
Nilsson, Karolinska Inst.,
Stockholm
© Boehringer Ingelheim
International GmbH
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Mechanismen bakterieller Pathogenizität
• Invasion
– Kolonialisierung (Adherenz (Adhesine) und
Multiplikation)
– Produktion von Substanzen, welche die Invasion
unterstützen (Invasine)
– Entwicklung von Resistenz gegen Immunantwort des
Wirtes
• Toxigenizität
– Exotoxine (von Bakterien freigesetzt)
– Endotoxine (ursprünglich nicht freigesetzt, können
aber auch in Zirkulation gelangen)
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Beispiele für Exotoxine
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Bakterielle Krankheiten
• Tuberkulose
• Cholera
• Pest
• Keuchhusten (Pertussis)
• Botulismus
• Lepra
• Tetanus
• Streptokokken
• Staphylokokken
• Neisserien
Gonokokken
Meningokokken
• Enterokokken
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Diagnostik bakterieller Krankheiten
•Kultivierung auf Nährmedium
•Mikroskopie von Patientenproben
• z.B. Gram-Färbung
•ELISA zur Detektion von Exotoxinen
•Real time PCR und/oder Sequenzieren zur Detektion bakterieller Nukleinsäuren
• meistens: 23S oder 16S ribosomale RNA gene
• Spezifische Gene (Heat shock proteins)
• Spezies-spezifische Gene
• Antibiotika-Resistenz-Marker (Bsp.: MRSA)
•Microarrays zur Multiplex-Detektion
• Hybridisierung bakterieller DNA
• Antikörper-Mikroarrays zur Detektion von Antigenen
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Definition „Virus“
Viren sind keine echten Lebewesen, sondern
replikationsfähige Nukleoproteinkomplexe
Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel
Viren sind für ihre Vermehrung (Replikation) auf eine
Wirtszelle angewiesen
Viren vermehren sich nicht durch Zweiteilung, sondern durch
Zusammenlagerung (assembly) der einzelnen
Molekülkomponenten
Viren besitzen im Allgemeinen nur eine Art von Nukleinsäure
(DNA oder RNA)
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Viren
• Die meisten viralen Infektionen verlaufen subklinisch!!!
Ausbruch der Krankheit auch für Virus lebensbedrohlich.
• Jeder Virus kann nur in bestimmten Zelltypen oder Geweben überleben.
• Virale Replikation:
– Adsorption
– Penetration
– Enthüllung
– Replikation des Genoms
– Reifung
– Freisetzung
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Einteilung von Viren
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Viren
• DNA Viridae
Parvo- (Fetusfehlbildung, Hauterkrankungen)
Papova- (Papillomaviren: Warzen, Zervixkarz.)
Adeno- (Erkältungen, Durchfall)
Herpes-
Alpha-Virinae (orale, genitale Erkrankung, Windpocken)
Beta-Virinae (CMV: Fieber, Lungen-, Leber-, Netzhautentzündg.)
Gamma-Virinae (Epstein Barr Virus: Pfeiffer-Drüsenfieber)
Pox- (Pocken)
• Bakteriophagen
Viren, deren Wirte Bakterien sind
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• RNA Viridae
Picorna-
Enterovirus
Poliomyelitis V-Kinderlähmung,
Coxsackie-V-abakterielle Meningitis, Fieber
Hepatitis A (Serotyp 72)-Hep A
Revo-
Rota- und Coloradoviren (Magen-Darmtrakt)
Paramyxo-
Paramyxo V
Mumps-Virus
Morbilli V
Masern-Virus
Rinderpest-Virus
Hundestaupe-Virus
Pneumo V
Mäusepneumonie-Virus
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23Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch
• RNA Viridae
Rhabdo-
Vesiculo V
Lyssa V
Tollwutvirus (Virus gelangt ins ZNS-bis zur Herzlähmung)
Bunya- (fieberhafte Erkrankungen)
Toga-
Alpha-V
Flavi-V (West Nil V, FSME:Frühsommer-Meningo-Enzephalitis, Gelbfieber)
Rubi-V (Rötelnvirus-Missbildungen in Schwangerschaft)
Retro-
Spumavirinae (biolog. Wirkung unbekannt)
Oncovirinae (für Mensch und Tier gefährlich-Krebs)
Lentivirinae (HIV-AIDS)
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Diagnose von Viren
• Virusisolierung (Anzüchten in Tieren, Bakterien- oder Zellkultur)
• Direkter Virennachweis (Elektronenmikroskop, Nukleinsäuren)
• Indirekter Nachweis (Plaquemethode)
• Serodiagnose (z.B. ELISA zum Antiköpernachweis: IgG, IgM)
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