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, welche 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. Sie stellen u.a. die Nährstoffversorgung der Erreger mit Eisen sicher.

Serotypen

Die spezifischen Oberflächenantigene der Bakterienzelle ermöglicht 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. Die drei häufigsten Serogruppen sind O157, O103 und O26. Auf sie verteilten sich fast 60 % der Erreger.
• 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.

Erreger der EHEC-Infektionswelle 2011

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 HUS-Patienten 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 den EHEC-DNA findet sich auch genetischer Code von enteroaggregativen Escherichia coli (EAEC). Sie sind 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 resistent gegen Penicilline und Cephalosporine, 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 Escherchia 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.

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 A1-Untereinheit des Toxins bindet an die ribosomale RNA und hemmt so die Proteinbiosynthese der betroffenen Zelle, was schließlich zum Zelltod führt.

Der klinische Verlauf ist sehr unterschiedlich. Asymptomatische Fälle sind möglich. Ansonsten führt EHEC nach einer durchschnittlichen Inkubationszeit von 2 bis 4 Tagen, in Einzelfällen von bis zu 10 Tagen, zu einer Escherichia-coli-Enteritis, die sich zunächst durch eine wässrige Diarrhö bemerkbar macht. 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.

Material

Für die Diagnostik wird eine frische Stuhlprobe benötigt.

Methoden

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.

Alternativ identifiziert man EHEC-spezifische DNA-Abschnitte, z.B. die Shigatoxin-codierenden Genabschnitte der Bakterien, durch eine PCR.

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 KBR in Betracht.

Referenzbereich

Normwertig fallen die Tests negativ aus.

Zur Zeit (2021) gibt es keine geeignete Kausaltherapie zur Behandlung von EHEC-Infektionen. Auch eine Impfung ist nicht verfügbar. Die Gabe von Antibiotika ist in der akuten Krankheitsphase wird kontrovers diskutiert, da sie zu einer vermehrten Produktion und Freisetzung von Shigatoxin führen kann und damit die Gefahr eines Nierenversagens erhöht. Zudem sind die Erreger meist gegen gängige Antibiotika resistent.

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 zu 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 (2021) noch Gegenstand der klinischen Forschung.

In den meisten Fällen heilt die Erkrankung folgenlos aus. Ungefähr 5-10% der Patienten entwickeln ein HUS. Dabei entstehen in ca. 50% der Fälle Langzeitschäden in Form einer Proteinurie und Hypertonie. 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.