EHEC

Escherichia coli ist ein gram-negatives Stäbchenbakterium, das beim Menschen zur normalen Darmflora zählt. Die meisten Escherichia-Stämme sind für den Menschen harmlos. Erst durch die Veränderung bestimmter genetischer Eigenschaften, die die Pathogenität des Bakteriums beeinflussen, wird der Keim zum Krankheitsverursacher.

EHEC-Bakterien unterscheiden sich in mehreren Punkten von nicht-pathogenen Escherichia coli-Stämmen:

• Intimin: Die Bakterienhülle von EHEC besitzt spezielle Proteinkomponenten, mit denen sich die Erreger leichter an die Epithelzellen der Darmwand heften können. Sie sind im so genannten Locus of enterocyte effacement (LEE) kodiert.
• Shigatoxin: EHEC produziert ein bestimmtes Exotoxin, das man als Shigatoxin (Stx) oder Verotoxin bezeichnet. Es wirkt stark zytotoxisch.
• Hämolysin: EHEC produziert Exotoxine, die zur Hämolyse führen, d.h. Erythrozyten zerstören (Enterohämolysine). Sie stellen u.a. die Nährstoffversorgung der Erreger mit Eisen sicher.

Die spezifischen Oberflächenantigene der Bakterienzelle ermöglichen die mikrobiologische Differenzierung von EHEC in verschiedene Serotypen. Man unterscheidet:

• O-Antigene: Sie sind ein Bestandteil des Lipopolysaccharidanteils (LPS) der bakteriellen Zellhülle. "O" steht für die variablen hydrophilen Oligosaccharide. Sie sind über einen Lipidanker in der Zellmembran befestigt. Es sind mehr als 180 verschiedene O-Antigene von EHEC identifiziert.
• H-Antigene: Die H-Antigene sind Bestandteil der Bakteriengeißeln (Flagellen) und werden deshalb auch als Flagellinantigene bezeichnet. EHEC weist 56 verschiedene H-Antigene auf.
• K-Antigene: Bei den K-Antigenen handelt es sich um Kapselantigene. Die Erreger-Kapsel besteht aus extrazellulären Polysacchariden, die der äußeren Membran als loser Schleim aufgelagert sind. Bislang hat man etwa 80 Kapselantigene differenziert. Kapselantigene dienen der Tarnung des Bakteriums vor dem Immunsystem ("molekulare Mimikry").

Zur vollständigen Benennung der verschiedenen Serotypen werden die einzelnen Antigenvarianten hintereinander geschrieben und dabei durch Doppelpunkte abgetrennt, z.B. O157:H7:K21.

Beim EHEC-Typ, der in Deutschland die Infektionswelle von 2011 auslöste, handelt es sich um einen Vertreter des Typs "HUSEC 41" des Sequenztyps ST678. Dies ist einer von 42 repräsentativen EHEC-Typen der so genannten HUSEC-Sammlung, die zwischen 1996 und 2011 aus bisher 588 EHEC-Stämmen von Patienten mit hämolytisch-urämischem Syndrom (HUS) zusammengestellt wurden. Der Erreger gehört der eher seltenen Serogruppe O104:H4 an.

Das Genom des Erregerstammes wurde Anfang Juni 2011 vollständig sequenziert. Demnach stellt der Erreger eine erstmalig aufgetretene Hybridform zweier verschiedener Escherichia-Stämme dar. Neben der EHEC-DNA findet sich auch genetisches Material von enteroaggregativen Escherichia coli (EAEC). Dieses ist wahrscheinlich durch horizontalen Gentransfer in das Erbgut gelangt.

Dem Ausbruchsstamm fehlt das eae-Gen, er besitzt jedoch dafür das für die Eisenaufnahme und Anheftung wichtige iha-Gen und produziert Shigatoxin II. Außerdem konnte das Flagellin kodierende flicH4-Gen nachgewiesen werden. Als ESBL-Produzent ist HUSEC 41 gegen Penicilline und Cephalosporine resistent. Wirksam sind Carbapeneme aus der Gruppe der Beta-Lactam-Antibiotika.

EHEC-Infektionen treten vor allem in Ländern mit industrialisierter Nutztierhaltung auf. Während die meisten anderen enteropathogenen Coli-Varianten den Menschen als einziges Erregerreservoir haben, sind bei EHEC-Erregern Wiederkäuer wie Rinder, Schafe und Ziegen das Hauptreservoir. EHEC ist daher die einzige E. coli-Infektion, die als Zoonose angesehen werden kann.

Der häufigste Infektionsweg ist die indirekte Übertragung mit oraler Aufnahme des Erregers durch den Wirt. Als Übertragungsvehikel auf den Menschen kommen z.B. Milch- und Fleischprodukte (Wurst, Hackfleisch, Salami), mit Fäkalien gedüngtes Gemüse (Gurken, Tomaten, Blattsalate) oder Keimlinge (Sprossen) in Betracht. Die Infektion erfolgt daher meist durch Verzehr von ungenügend behandelten Lebensmitteln, d.h. Lebensmitteln, die

• nicht ausreichend gewaschen (z.B. Rohkost),
• nicht abgekocht,
• nicht durchgebraten (z.B. Hackfleisch) oder
• nicht pasteurisiert (Milch, Gemüse-, Fruchtsäfte) sind.

Auch bei entsprechend behandelten Produkten kann es durch eine nachträgliche unhygienische Zubereitung zu einer Kontamination kommen.

Eine weitere, aber seltenere Option stellt die direkte Übertragung vom Tier zum Menschen dar, z.B. in Landwirtschaftsbetrieben oder Streichelzoos. In Gemeinschaftseinrichtungen (Altenheim, Kindergarten) ist auch eine Kontakt- oder Schmierinfektion von Mensch zu Mensch möglich.

Aufgrund der hohen Säureresistenz von Escherichia coli passieren die Erreger leicht den Magen und siedeln sich in den unteren Darmabschnitten an. Bereits die Aufnahme von weniger als 100 Keimen kann eine Infektion auslösen.^[1]

Das von EHEC produzierte Shigatoxin greift direkt die Epithelzellen der Darmwand an. Nach Aufnahme des Toxins in die Zelle durch Endozytose wird es dort durch Furin proteolytisch gespalten. Die enzymatisch aktive A1-Untereinheit des Toxins wirkt als N-Glykosidase und entfernt ein spezifisches Adenin aus der 28S-rRNA der 60S-Untereinheit des Ribosoms. Dadurch wird die Proteinbiosynthese der betroffenen Zelle gehemmt, was schließlich zum Zelltod führt.

Der klinische Verlauf ist sehr unterschiedlich. Asymptomatische Fälle sind möglich. Ansonsten führt EHEC nach einer Inkubationszeit von etwa 2 bis 10 Tagen, durchschnittlich 3 bis 4 Tagen, zu einer Escherichia-coli-Enteritis, die sich zunächst durch eine Diarrhö bemerkbar macht.^[2] Im weiteren Verlauf kann es zu einer hämorrhagischen Colitis mit blutigen Durchfällen und Bauchkrämpfen kommen. Als zusätzliche Symptome kommen Fieber und Erbrechen in Betracht.

Als wichtigste Komplikation gelten Kolonperforationen und das hämolytisch-urämische Syndrom (HUS), welches insbesondere bei Kindern einen lebensbedrohlichen Verlauf mit hämolytischer Anämie, Thrombozytopenie und Nierenversagen nehmen kann.

Bei jeder akuten Gastroenteritis im Kindesalter ist eine EHEC-Infektion differenzialdiagnostisch zu berücksichtigen. Bei entsprechender Indikation muss die EHEC-Diagnostik gezielt angefordert werden, da die Standard-Stuhlkultur den Erreger nicht erfasst.^[3]

Für die Diagnostik wird eine frische Stuhlprobe benötigt.

Die von Escherichia coli gebildeten Shigatoxine können durch eine Zellkultur nachgewiesen werden. Darüber hinaus können die EHEC-Bakterien in flüssigen Nährmedien angereichert werden. Aus dieser Anreicherungsbouillon kann ein immunologischer Nachweis mit ELISA oder Latexagglutinationstest erfolgen.

Für den EHEC-Nachweis ist die molekulare Detektion der Shigatoxin-kodierenden Gene mittels PCR das Mittel der Wahl. In der Regel wird eine kulturelle Anreicherung empfohlen.^[4]

Die Anzucht der Erreger ist auf Selektivnährmedien möglich. Anschließend können einzelne Kolonien mit Hilfe des Immunoblots, der PCR und der Sondentechnik (Kolonie-Blot) identifiziert werden. Retrospektiv kommt der serologische Nachweis von O-Antigen-spezifischen Antikörpern mittels Komplementbindungsreaktion (KBR) in Betracht.

Normwertig fallen die Tests negativ aus.

Zur Zeit (2026) gibt es keine geeignete Kausaltherapie zur Behandlung von EHEC-Infektionen. Auch eine Impfung ist nicht verfügbar. Bei vermuteter oder nachgewiesener akuter EHEC-Infektion soll auf Antibiotika, die eine Freisetzung von Shigatoxin induzieren können, verzichtet werden, da sie das Risiko für die Entwicklung eines hämolytisch-urämischen Syndroms erhöhen können.^[5]

Die Behandlung konzentriert sich auf die Balancierung des Elektrolyt- und Flüssigkeitshaushalts durch orale Gabe von Elektrolytlösungen oder Infusionen. Bei Nierenversagen kommen Nierenersatzverfahren (Dialyse) zum Einsatz.

Die von den Erregern gebildeten Toxine können mittels Plasmapherese aus dem Blut eliminiert werden. Dabei wird das mit Toxinen belastete Blutplasma durch Spenderplasma (FFP) ersetzt. Dieses Behandlungsverfahren wird über mehrere Tage fortgeführt und setzt eine ausreichende Verfügbarkeit von geeignetem Spenderplasma voraus. Die Plasmapherese kann ebenfalls zur Entfernung von Autoantikörpern eingesetzt werden, die bei HUS eine Rolle spielen sollen.

Eine experimentelle Therapie in besonders schweren Fällen stellt die Behandlung mit Eculizumab dar. Dieser monoklonale Antikörper wird normalerweise zur Behandlung der paroxysmalen nächtlichen Hämoglobinurie eingesetzt. Er blockiert das Komplementsystem und verhindert dadurch die Hämolyse.

Der Einsatz spezieller, gentechnologisch hergestellter Antikörper, die das Shigatoxin neutralisieren, ist zur Zeit (2026) noch Gegenstand der klinischen Forschung.

In den meisten Fällen heilt die Erkrankung folgenlos aus. Bei etwa 5–10 % der symptomatischen EHEC-Infektionen im Kindesalter entwickelt sich ein HUS.^[2] Nach einem STEC-assoziierten HUS kommt es im Mittel bei etwa 30 % der Betroffenen nicht zu einer vollständigen Wiederherstellung; mögliche Langzeitfolgen sind Proteinurie, arterielle Hypertonie und/oder eine eingeschränkte Nierenfunktion.^[5] Etwa 2 bis 3% der HUS-Fälle enden letal.

Personen, die eine EHEC-Infektion durchgemacht haben, insbesondere Kinder, können die Erreger noch über mehrere Wochen ausscheiden.

EHEC-Infektionen sind durch eine adäquate Lebensmittelzubereitung und Hygiene vermeidbar. Hier gilt die Regel: „Peel it, boil it, cook it – or forget it“. Die ausreichende Erhitzung der Nahrungsmittel vor dem Verzehr tötet Escherichia coli ab. Gemüse sollte ausreichend gewaschen und geschält werden, um die Keimanzahl deutlich zu reduzieren.

Bei Verdacht auf eine EHEC-Infektion besteht nach dem deutschen Infektionsschutzgesetz (IfSG) Meldepflicht,

• wenn der Erkrankte in der Lebensmittelverarbeitung bzw. im Küchenbereich tätig ist, oder
• zwei oder mehr Erkrankungsfälle auftreten, bei denen ein epidemischer Zusammenhang bzw. eine gemeinsame Kausalität vermutet wird.

Das hämolytisch-urämische Syndrom ist bereits bei Verdacht in jedem Fall meldepflichtig, ebenso bei Erkrankung oder Tod. Darüber hinaus ist der direkte oder indirekte Nachweis enterohämorrhagischer Escherichia coli nach § 7 Abs. 1 IfSG namentlich meldepflichtig, soweit er auf eine akute Infektion hinweist.^[6]