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Molekulare Diagnostik Krankheitserreger und ihre Diagnostik · PDF fileMolekulare Diagnostik Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch 2 Definitionen

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  • Molekulare Diagnostik

    1Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Krankheitserreger und ihre Diagnostik

    •Bakterien

    •Viren

    •Parasiten/Protozoen

    •Pilze

    •Prionen

  • Molekulare Diagnostik

    2Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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)

  • Molekulare Diagnostik

    3Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Übertragungswege

  • Molekulare Diagnostik

    4Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Virulenzspektrum

    Klinische Auswirkung: •Poliomyelitis bei Kindern: 0.1-1% •Röteln: 50% •Tollwut: 100%

    AsymptotischeAsymptotische InfektionInfektion

    Klinische FKlinische Fäällelle

    Latente InfektionLatente Infektion

  • Molekulare Diagnostik

    5Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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%

  • Molekulare Diagnostik

    6Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

  • Molekulare Diagnostik

    7Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Bakterien • Einzeller • Simple Struktur (Plasmamembran, keine Organellen) • Einteilung in grampositive und –negative Bakterien • Feinere Einteilung nach Morphologie (Kokken, Spirillen)

  • Molekulare Diagnostik

    8Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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.

  • Molekulare Diagnostik

    9Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Bakterielle Krankheiten

  • Molekulare Diagnostik

    10Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Mechanismen bakterieller Pathogenizität

    • Invasion – Kolonialisierung (Adherenz (Adhesine) und

    Multiplikation) – Produktion von Substanzen, welche die Invasion

    unterstützen (Invasine) – Entwicklung von Resistenz gegen Immunantwort des

    Wirtes

  • Molekulare Diagnostik

    11Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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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    12Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    • 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

  • Molekulare Diagnostik

    13Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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)

  • Molekulare Diagnostik

    14Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Beispiele für Exotoxine

  • Molekulare Diagnostik

    15Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Bakterielle Krankheiten • Tuberkulose • Cholera • Pest • Keuchhusten (Pertussis) • Botulismus • Lepra • Tetanus • Streptokokken • Staphylokokken • Neisserien

    Gonokokken Meningokokken

    • Enterokokken

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    16Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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

  • Molekulare Diagnostik

    17Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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)

  • Molekulare Diagnostik

    18Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

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    19Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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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    20Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    Einteilung von Viren

  • Molekulare Diagnostik

    21Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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

  • Molekulare Diagnostik

    22Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    • 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

  • Molekulare Diagnostik

    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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    24Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Dr. Andreas Prokesch

    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)

  • Molekulare Diagnostik

    25Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria