Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Institut für Medizinische Mikrobiologie
Biologie und Pathogenese von Staphylokokken-Infektionen

Staphylokokken-Exotoxine

Die große Palette der insbesondere von Staphylococcus aureus aber auch von einigen anderen Staphylokokken-Spezies gebildeten Exotoxine tragen als Virulenzfaktoren zur Pathogenität von Staphylokokkenerkrankungen bei, indem sie entweder definierte Krankheitsentitäten (z.B. Toxic Shock Syndrome, Staphylococcal Scalded Skin Syndrome, Staphylococcal Food Poisoning) bedingen oder allgemein den Krankheitsverlauf negativ beeinflussen.

Epidemiologische Studien und diagnostische Verfahren von pyrogenen Superantigen (PTSAg)-Toxinen (Enterotoxine, TSST-1) und Exfoliativtoxinen beruhen bislang auf biologischen (Tierversuch) und immunologischen Untersuchungen. Durch die Etablierung und Optimierung verschiedener Nukleinsäurenachweistechniken (NNT) auf der Basis von Multiplex-PCR-Systemen sowie quantitativer Real time Reverse Transkriptase-PCR (qRT-PCR)-Applikationen wurden Verfahren zum sensitiven und spezifischen Nachweis der klassischen (sea-see) und neu-beschriebenen (seg-sej) Enterotoxingene, des TSST-1-Gens (tst) und Gene der Exfoliativtoxine (eta, etb) auf DNA- und Transkriptions-Level entwickelt. Diese NNT wurden für molekularepidemiologische Studien zum Nachweis dieser Exotoxingene in verschiedenen Populationen von S. aureus, aber auch für Untersuchungen über das Vorkommen von Toxinen der PTSAg-Familie bei non-aureus Staphylokokken-Spezies eingesetzt. So konnte bei 461 Isolaten von 18 verschiedenen (Sub-)Spezies kein PTSAg-Gen nachgewiesen werden, so daß in klinischen Stämmen koagulasenegativer Staphylokokken der Besitz von PTSAg-kodierenden Genen zumindest extrem selten zu sein scheint. Im Gegensatz dazu besitzt die koagulasepositive Spezies S. intermedius ein nicht geringes enterotoxinogenes Potential: Von 281 Stämmen wiesen 11,3% eine canine Variante des Enterotoxins SEC auf.

In weiteren Studien wurden die Isolate bezüglich ihrer genetischen Ausstattung mit Genen der EDIN-Famile ("epidermal cell differentiation inhibitor") und der leucocidalen (synergohymenotropen) Toxine untersucht. Bei 44 von 429 untersuchten Stämmen wurden edin-Gene (Isoforme edin-A, B, C) nachgewiesen, wobei edin-B am häufigsten amplifiziert werden konnte. Signifikante Unterschiede in der Genausstattung zwischen nasalen Stämmen und solchen, die aus Blutkulturen isoliert werden konnten, wurden nicht beobachtet, allerdings wurde eine signifikante Assoziation (p < 0.001) von edinB und der agrI Gruppe (accessory gene regulator) detektiert. Während die Gene, die für die Leucotoxine LukE-D kodieren, in hoher Prävalenz nachgewiesen wurden (signifikant häufiger in Blutkulturisolaten, 82%), konnte kein Stamm als LukM-positv bewertet werden. Gene, die für die Panton-Valentin-Leucocidin (PVL)-Komponenten S und F kodieren und die mit nekrotisierenden Pneumonien assoziiert wurden, konnten nur in drei nasalen sowie in zwei Blutkulturisolaten nachgewiesen werden.

Drittmittelgeber:

Bundesminister für Forschung und Technologie (Network of Competence "Pathogenomics")

Beteiligte Wissenschaftler:

PD Dr. Karsten Becker, Prof. Dr. Christof von Eiff, Dr. Ricarda Roth, Dr. Barbara Kahl, Gabriele Lubritz, cand. med. Birgit Haselow, cand. med. Guido Haverkämper, cand. med. Maria Weilert, cand. med. Martha Dietzel, Univ.-Prof. Dr. Georg Peters

Veröffentlichungen:

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Becker, K., G. Haverkämper, C. von Eiff, R. Roth, and G. Peters. 2001. Survey of staphylococcal enterotoxin genes, exfoliative toxin genes, and toxic shock syndrome toxin 1 gene in non-Staphylococcus aureus species. Eur.J.Clin.Microbiol.Infect.Dis. 20:407-409

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C. von Eiff, M. Aepfelbacher, B. Kahl, M. Sugai, G. Peters, K. Becker. 2002. Association of Accessory Gene Regulator (agr) Locus and Epidermal Cell Differentiation Inhibitor (EDIN) Toxins in Staphylococcus aureus. 54. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie, Heidelberg, 06.10.-10.10. 2002, KMP22. Int. J. Med. Microbiol. 292 (Suppl. 34) 130

C. von Eiff, G. Peters, K. Becker. 2002. Prevalence of Genes Coding for Panton-Valentine Leucocidin (PVL) and other Members of the Staphylococcal Leucotoxin Family. 54. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie, Heidelberg, 06.10.-10.10. 2002, PIP14. Int. J. Med. Microbiol. 292 (Suppl. 34) 168

K. Becker, A. W. Friedrich, G. Lubritz, G. Peters, C. von Eiff. 2002. Possession of Pyrogenic Toxin Superantigen (PTSAg) Genes in Staphylococcus aureus Strains Derived from Blood and Anterior Nares. 10th International Symposium on Staphylococci and Staphylococcal Infections, Tsukuba, Japan, 16.10.-19.10.2002, ISSSI 232/03

C. von Eiff, M. Aepfelbacher, B. Kahl, M. Sugai, G. Peters, K. Becker. 2002. Prevalence of Genes Encoding Epidermal Cell Differentiation Inhibitor (EDIN) Toxins and Panton-Valentine Leucocidin (PVL) in Blood and Nasal Strains of Staphylococcus aureus and their Association to agr Groups. 10th International Symposium on Staphylococci and Staphylococcal Infections, Tsukuba, Japan, 16.10.-19.10.2002, ISSSI 231/01

K. Becker, G. Peters, C. von Eiff. Genes Encoding Enterotoxins SED/SEJ are More Prevalent in S. aureus Blood Strains than in Carriage Strains. "Gegenwart und Zukunft der bakteriellen Genomforschung in Deutschland", DECHEMA, GenoMik-Kompetenznetzwerke, Bielefeld, 10.-11.10.2002, P57, S. 84

C. von Eiff, G. Peters, K. Becker. Relationships between Staphylococcus aureus Sources, Alleles of the Accessory Gene Regulator and Cytotoxins. "Gegenwart und Zukunft der bakteriellen Genomforschung in Deutschland", DECHEMA, GenoMik-Kompetenznetzwerke, Bielefeld, 10.-11.10.2002, P53, S. 80