Bacillus anthracis

An Bacillus anthracis klärte Robert Koch 1876 den Lebenszyklus des Erregers einschließlich der Sporenbildung auf und wies den ursächlichen Zusammenhang zwischen Bakterium und Erkrankung nach. Diese Arbeit wurde zu einer wesentlichen Grundlage der später formulierten Koch-Postulate.

• Abteilung: Bacillota
  • Klasse: Bacilli
    • Ordnung: Caryophanales (ältere und weiterhin gebräuchliche Bezeichnung: Bacillales)
      • Familie: Bacillaceae
        • Gattung: Bacillus
          • Art: Bacillus anthracis

Bacillus anthracis ist ein grampositives, großes (ca. 1 × 3–10 µm) Stäbchenbakterium, das gemeinsam mit den Clostridien zur Gruppe der Sporenbildner gehört. Im Gegensatz zu den meisten anderen Bacillus-Arten ist der Erreger unbeweglich. Er wächst fakultativ anaerob, kann sich also mit und ohne Sauerstoff vermehren. Die Endosporen liegen zentral bis subterminal und treiben die Zelle nicht auf. Sie sind gegenüber Hitze, Austrocknung und chemischen Desinfektionsmitteln hochresistent. Die Stäbchen lagern sich kettenförmig aneinander; die Ketten mit ihren abgeflachten Enden verleihen dem Erreger das charakteristische Aussehen von Bambusstäben (Bambusform). In vivo bildet Bacillus anthracis eine vor Phagozytose schützende Kapsel aus, die in vitro nur unter bestimmten Bedingungen (z.B. erhöhter CO₂-Partialdruck) exprimiert wird.

Zwei Plasmide bedingen die Virulenz des Erregers: pXO1 kodiert für die Toxine, pXO2 für die Bildung der Polyglutamylkapsel. Der Verlust eines der beiden Plasmide führt zu einer deutlichen Abschwächung der Virulenz.^[1] Eine Sonderstellung nimmt Bacillus cereus biovar anthracis ein: Dieser vor allem in Westafrika bei Menschenaffen nachgewiesene Erreger ist chromosomal B. cereus zuzuordnen, trägt aber beide Virulenzplasmide von B. anthracis.^[1]

Beim von Bacillus anthracis gebildeten Milzbrandtoxin handelt es sich um ein Exotoxin aus drei Komponenten, die erst in Kombination wirksam werden:

Bacillus anthracis kommt vor allem als Spore im Boden vor, wo die Sporen jahrzehntelang infektiös bleiben können. Betroffen sind primär Pflanzenfresser wie Rinder, Schafe und Ziegen. In Deutschland ist Milzbrand beim Menschen sehr selten; der letzte Fall von Hautmilzbrand trat 1994 auf. Seit dem Jahr 2000 werden in Europa wiederholt Fälle von Injektionsmilzbrand bei Konsumenten von kontaminiertem Heroin beobachtet.^[1]

Wegen der hohen Umweltstabilität der Sporen und der Möglichkeit einer aerogenen Ausbringung gilt Bacillus anthracis als potenzielles Agens für Bioterrorismus. Historische Beispiele sind die akzidentelle Freisetzung in Swerdlowsk 1979 mit mindestens 66 Todesfällen sowie die Briefanschläge in den USA im Oktober 2001 mit 22 bestätigten Erkrankungen.^[1]

Der Mensch kann sich auf vier Wegen infizieren:

• kutan über kleinste Hautverletzungen (häufigste Form)
• durch Inhalation sporenhaltiger Aerosole
• gastrointestinal nach Verzehr kontaminierter tierischer Nahrungsmittel
• durch Injektion kontaminierter Substanzen (bei i.v.-Drogenkonsum)

Eine direkte Übertragung von Mensch zu Mensch findet in der Regel nicht statt.

Da sich der Erreger in verendeten Tieren noch im Kadaver vermehren und unter ungünstigen Bedingungen ins Sporenstadium übergehen kann, dürfen betroffene Tiere nicht begraben, sondern müssen verbrannt werden. Nur so lässt sich verhindern, dass sich weitere Pflanzenfresser infizieren.

Mikrofotografie: serohämorrhagische Meningitis eines Menschen mit Milzbrand (tödlicher Fall).

siehe Hauptartikel: Milzbrand

Je nach Eintrittspforte werden Hautmilzbrand, Lungenmilzbrand, Magen-Darm-Milzbrand und Injektionsmilzbrand unterschieden. Aus allen Formen kann sich als schwerste Komplikation eine Milzbrandmeningitis entwickeln.^[1]

Der Nachweis erfolgt kulturell, mikroskopisch und molekularbiologisch; Untersuchungsmaterial soll möglichst vor Beginn der antibiotischen Therapie gewonnen werden.

• In der Gramfärbung stellt sich der Erreger als grampositives Stäbchen dar. Er ist unbeweglich, nicht hämolysierend und kapselbildend, was ihn von Bacillus cereus abgrenzt
• In der McFadyean-Färbung (polychrome Methylenblaufärbung) lässt sich die Kapsel darstellen.
• Die Speziesbestätigung erfolgt heute in der Regel mittels PCR mit Nachweis der Virulenzplasmide pXO1 und pXO2.
• Ergänzend stehen Antigennachweise (z.B. Immunfluoreszenztest) und der Nachweis spezifischer Antikörper im Serum zur Verfügung.^[1]

Bacillus anthracis lässt sich relativ leicht anzüchten. Auf Blutagar bildet er große, graue Kolonien mit unregelmäßigen, medusenhauptartigen Ausläufern („Medusenhaupt“) und zeigt keine Hämolyse. Zur Anreicherung kann Patientenmaterial in Tryptose-Soja-Bouillon (Tryptic Soy Broth) kultiviert werden.

Cave: Der Wildtyp ist nach der Biostoffverordnung der Risikogruppe 3 zugeordnet. Gezielte Tätigkeiten dürfen nur unter den Bedingungen der Schutzstufe 3 erfolgen. Attenuierte Impf- und Laborstämme (z.B. der Sterne-Stamm) sind seit 2012 der Risikogruppe 2 zugeordnet.^[1]

Mittel der ersten Wahl zur Behandlung des Milzbrandes sind heute Ciprofloxacin oder Doxycyclin. Bei systemischem Verlauf ohne Meningitis wird eine Kombination aus einem bakteriziden Antibiotikum und einem Proteinsyntheseinhibitor (z.B. Clindamycin oder Linezolid) intravenös empfohlen. Bei gesicherter oder nicht auszuschließender Milzbrandmeningitis kommt eine Dreifachkombination liquorgängiger Substanzen zusammen mit einem Antitoxin zum Einsatz. Penicilline sollten wegen möglicher konstitutiver und induzierbarer β-Laktamasen nicht als Monotherapie eingesetzt werden; bei nachgewiesener Empfindlichkeit sind sie als Kombinationspartner geeignet.^[2]

Eine Expositionsprophylaxe mit Ciprofloxacin oder Doxycyclin ist möglich und wird bei bestätigter aerogener Exposition über 60 Tage durchgeführt. Ergänzend kann bei systemischem Milzbrand ein Antitoxin verabreicht werden. In den USA sind hierfür die gegen das protektive Antigen gerichteten monoklonalen Antikörper Raxibacumab und Obiltoxaximab sowie Anthrax-Immunglobulin zugelassen. Obiltoxaximab war von 2020 bis 2024 unter dem Handelsnamen Nyxthracis^® auch in der EU zugelassen; die Zulassung wurde 2024 auf Antrag des Zulassungsinhabers zurückgenommen. Damit besteht in der EU derzeit (2026) keine gültige Zulassung eines Antitoxins.^[3]

Zur aktiven Impfung ist in Deutschland seit 2013 der adsorbierte Impfstoff BioThrax^® zugelassen, der eine Antikörperbildung gegen das protektive Antigen induziert. Er wird in der EU derzeit nicht vermarktet. Die Indikation umfasst Erwachsene mit hohem Expositionsrisiko, etwa beruflich exponierte Personen, Laborpersonal und Soldaten. In den USA steht seit 2023 zusätzlich der Zwei-Dosen-Impfstoff Cyfendus^® zur Verfügung.^[4]

Nach § 6 Abs. 1 Infektionsschutzgesetz (IfSG) sind Krankheitsverdacht, Erkrankung und Tod an Milzbrand namentlich meldepflichtig. Zusätzlich besteht nach § 7 Abs. 1 IfSG eine namentliche Meldepflicht für den direkten oder indirekten Nachweis von Bacillus anthracis, soweit er auf eine akute Infektion hinweist.^[1]