Burkholderia pseudomallei

Burkholderia pseudomallei colonies on Ashdown's agar showing the characteristic cornflower head morphology
Scientific classification
Domain:	Bacteria
Kingdom:	Pseudomonadati
Phylum:	Pseudomonadota
Class:	Betaproteobacteria
Order:	Burkholderiales
Family:	Burkholderiaceae
Genus:	Burkholderia
Species:	B. pseudomallei
Binomial name
Burkholderia pseudomallei (Whitmore 1913) Yabuuchi et al. 1993
Synonyms
Bacillus pseudomallei Whitmore 1913 Bacterium whitmori Stanton and Fletcher 1921 Malleomyces pseudomallei Breed 1939 Loefflerella pseudomallei Brindle and Cowan 1951 Pfeiferella pseudomallei Pseudomonas pseudomallei (Whitmore 1913) Haynes 1957

Burkholderia pseudomallei (auch bekannt als Pseudomonas pseudomallei) ist ein gramnegatives, bipolares, aerobes, bewegliches stäbchenförmiges Bakterium. Es ist ein Bodenbakterium, das weltweit in tropischen und subtropischen Regionen endemisch ist, insbesondere in Thailand und Nordaustralien. Im Jahr 2008 wurde berichtet, dass sich die betroffenen Regionen aufgrund schwerer Naturkatastrophen ausgedehnt haben und das Bakterium nun auch in Südchina, Hongkong und Ländern auf dem amerikanischen Kontinent zu finden ist. "B. pseudomallei" wurde neben anderen Krankheitserregern in Affen gefunden, die aus Asien in die Vereinigten Staaten eingeführt wurden, um dort in Laboren eingesetzt zu werden. Dies birgt die Gefahr, dass der Erreger in das Land eingeschleppt werden könnte.

Obwohl es sich hauptsächlich um ein Bodenbakterium handelt, hat eine Studie gezeigt, dass "Burkholderia pseudomallei" 16 Jahre lang in destilliertem Wasser überlebt hat, was beweist, dass es in der Lage ist, in Wasser zu leben, wenn eine bestimmte Umgebung vorhanden ist. Es ist gegen eine Vielzahl von rauen Bedingungen resistent, darunter Nährstoffmangel, extreme Temperaturen oder pH-Werte. Es infiziert Menschen und verursacht die Krankheit Melioidose; die Sterblichkeitsrate liegt selbst bei Behandlung bei 20–50 %. Die CDC stuft es als "Tier 1 Select Agent" mit Potenzial als Bioterrorismus-Erreger ein. Es infiziert andere Tiere, am häufigsten Nutztiere wie Ziegen, Schweine und Schafe, seltener. Es ist auch in der Lage, Pflanzen in einer Laborumgebung zu infizieren.

"Burkholderia pseudomallei" ist 2–5 µm lang und hat einen Durchmesser von 0,4–0,8 µm. Es kann sich mithilfe von Geißeln selbst fortbewegen. Die Bakterien können in einer Reihe von künstlichen Nährmedien wachsen, insbesondere in solchen, die Betain und Arginin enthalten.

"In vitro" wird die optimale Proliferationstemperatur bei etwa 40 °C in neutralen oder leicht sauren Umgebungen (pH-Wert 6,8–7,0) angegeben. Die meisten Stämme sind in der Lage, Zucker ohne Gasbildung zu oxidieren, nicht zu fermentieren (vor allem Glukose und Galaktose; ältere Kulturen sollen auch Maltose und Stärke metabolisieren). Bakterien produzieren sowohl Exo- als auch Endotoxine. Die Rolle der Toxine, die im Prozess der Melioidose-Symptomentwicklung identifiziert wurden, ist noch nicht vollständig geklärt.

Identifizierung

"Burkholderia pseudomallei" ist nicht anspruchsvoll und wächst auf einer Vielzahl von Nährböden (Blutagar, MacConkey-Agar, EMB usw.). Ashdown-Medium (oder "Burkholderia cepacia"-Medium) kann zur selektiven Isolierung verwendet werden. Die Kulturen werden in der Regel innerhalb von 24 bis 48 Stunden positiv (diese schnelle Wachstumsrate unterscheidet den Organismus von "B. mallei", dessen Wachstum in der Regel mindestens 72 Stunden dauert). Die Kolonien sind faltig, haben ein metallisches Aussehen und einen erdigen Geruch. Bei der Gram-Färbung ist der Organismus ein gramnegativer Stäbchenbakterium mit einem charakteristischen "Sicherheitsnadel"-Aussehen (bipolare Färbung). Bei Empfindlichkeitstests zeigt der Organismus eine hohe Resistenz (er ist von Natur aus gegen viele Antibiotika, darunter Colistin und Gentamicin, resistent), was ihn wiederum von "B. mallei" unterscheidet, das im Gegensatz dazu äußerst empfindlich gegen viele Antibiotika ist. Nur bei Umweltproben ist eine Differenzierung von dem nicht pathogenen "B. thailandensis" mithilfe eines Arabinose-Tests erforderlich (von klinischen Proben wird "B. thailandensis" nie isoliert). Die Laboridentifizierung von "B. pseudomallei" wurde in der Literatur beschrieben.

Die klassische Lehrbuchbeschreibung von "B. pseudomallei" in klinischen Proben ist die eines intrazellulären, bipolar färbenden, gramnegativen Stäbchens, aber dies ist für die Identifizierung des Organismus aus klinischen Proben von geringem Wert. Einige schlagen vor, dass die Wayson-Färbung für diesen Zweck nützlich ist, aber dies hat sich als nicht der Fall erwiesen.

Die Laboridentifizierung von "B. pseudomallei" kann schwierig sein, insbesondere in westlichen Ländern, in denen es selten vorkommt. Die großen, faltigen Kolonien sehen aus wie Umweltkontaminanten und werden daher oft als klinisch unbedeutend verworfen. Die Morphologie der Kolonien ist sehr variabel und ein einziger Stamm kann mehrere Kolonietypen aufweisen, sodass unerfahrenes Laborpersonal fälschlicherweise glauben könnte, dass das Wachstum nicht rein ist. Der Organismus wächst langsamer als andere Bakterien, die in klinischen Proben vorhanden sein können, und wird in Proben von nicht sterilen Stellen leicht überwuchert. Nicht sterile Proben sollten daher in selektiven Medien (z. B. Ashdown- oder "B. cepacia"-Medium) kultiviert werden. Für stark kontaminierte Proben, wie z. B. Fäkalien, wurde eine modifizierte Version von Ashdown's vorgeschlagen, die Norfloxacin, Amoxicillin und Polymyxin B enthält. Bei Blutkulturen hat sich das BacT/ALERT MB-System (normalerweise für die Kultivierung von Mykobakterien verwendet) von bioMérieux im Vergleich zu herkömmlichen Blutkulturmedien als überlegen erwiesen.

Selbst wenn das Isolat als signifikant erkannt wird, kann es bei häufig verwendeten Identifikationssystemen zu einer Fehlidentifizierung des Organismus als "Chromobacterium violaceum" oder andere nicht fermentierende, gramnegative Bazillen wie "Burkholderia cepacia" oder "Pseudomonas aeruginosa" kommen. Da die Krankheit in westlichen Ländern selten auftritt, löst die Identifizierung von "B. pseudomallei" in Kulturen bei Ärzten, die mit der Krankheit nicht vertraut sind, möglicherweise keinen Alarm aus. Die biochemischen Routinemethoden zur Identifizierung von Bakterien unterscheiden sich stark bei der Identifizierung dieses Organismus: Das API 20NE-System identifiziert "B. pseudomallei" in 99 % der Fälle genau, ebenso wie das automatisierte Vitek 1-System, während das automatisierte Vitek 2-System nur 19 % der Isolate identifiziert.

Das Muster der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel ist charakteristisch und hilft, den Organismus von "P. aeruginosa" zu unterscheiden. Die meisten "B. pseudomallei"-Isolate sind intrinsisch resistent gegen alle Aminoglykoside (über einen Effluxpumpenmechanismus), aber empfindlich gegenüber Co-Amoxiclav: Dieses Resistenzmuster kommt bei "P. aeruginosa" fast nie vor und ist bei der Identifizierung hilfreich. Leider sind die meisten Stämme in Sarawak, Borneo, anfällig für Aminoglykoside und Makrolide, was bedeutet, dass die herkömmlichen Empfehlungen für die Isolierung und Identifizierung dort nicht gelten.

Molekulare Diagnosemethoden (PCR) sind möglich, aber für die klinische Diagnose nicht routinemäßig verfügbar. Die Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierung wurde ebenfalls beschrieben, ist jedoch nicht klinisch validiert und nicht im Handel erhältlich. In Thailand wird häufig ein Latex-Agglutinationstest durchgeführt, während in einigen wenigen Zentren auch ein Immunfluoreszenz-Schnelltest verfügbar ist.

Merkmale

Die morphologischen, physiologischen und biochemischen Merkmale von "Burkholderia pseudomallei" sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Test type	Test	Characteristics
Colony characters	Size	2–5 μm in length and 0.4–0.8 μm in diameter
	Type	Round
	Color	Whitish
	Shape	Multiple
Morphological characters	Shape	Rod (Variable)
Physiological characters	Motility	+
	Growth at 6.5% NaCl	+
Biochemical characters	Gram staining	-
	Oxidase	+
	Catalase	+
	Oxidative-Fermentative
	Motility	+
	Methyl Red
	Voges-Proskauer
	Indole	-
	H2S Production	-
	Urease
	Nitrate reductase	+
	β-Galactosidase
Hydrolysis of	Gelatin	+
	Casein
Utilization of	Glycerol	+
	Galactose	+
	D-Glucose	+
	D-Fructose	+
	D-Mannose	+
	Mannitol	Variable

Hinweis: + = positiv, – = negativ

Desinfektion

"Burkholderia pseudomallei" ist anfällig für zahlreiche Desinfektionsmittel, darunter Benzalkoniumchlorid, Jod, Quecksilberchlorid, Kaliumpermanganat, 1 %iges Natriumhypochlorit, 70 %iges Ethanol, 2 %iges Glutaraldehyd und in geringerem Maße auch für phenolische Präparate. ‚B. pseudomallei‘ wird durch die handelsüblichen Desinfektionsmittel Perasafe und Virkon wirksam abgetötet. Der Mikroorganismus kann auch durch Erhitzen auf über 74 °C für 10 Minuten oder durch UV-Bestrahlung abgetötet werden.

Medizinische Bedeutung

Eine Infektion mit "Burkholderia pseudomallei" beim Menschen wird Melioidose oder Whitmore-Krankheit genannt. Sie wird durch direkten Kontakt mit Wasser oder Erde, die die Bakterien enthält, übertragen. Es gab nur wenige Fälle einer perinatalen Übertragung der Bakterien. Die Sterblichkeitsrate liegt selbst bei Behandlung bei 20 bis 50 %.

Antibiotikabehandlung und Empfindlichkeitstests

Das Antibiotikum der Wahl ist Ceftazidim. Zwar sind verschiedene Antibiotika "in vitro" aktiv (z. B. Chloramphenicol, Doxycyclin, Cotrimoxazol), doch haben sie sich "in vivo" bei der Behandlung akuter Melioidose als unterlegen erwiesen. Disk-Diffusionstests sind bei der Suche nach Cotrimoxazol-Resistenz bei B. pseudomallei unzuverlässig (sie überschätzen die Resistenz stark), und es sollten stattdessen E-Tests oder Agarverdünnungstests verwendet werden. Die Wirkungen von Cotrimoxazol und Doxycyclin sind antagonistisch, was darauf hindeutet, dass diese beiden Medikamente nicht zusammen verwendet werden sollten.

Der Organismus ist von Natur aus resistent gegen Gentamicin und Colistin, und diese Tatsache ist bei der Identifizierung des Organismus hilfreich. Kanamycin wird zur Abtötung von "B. pseudomallei" im Labor verwendet, aber die verwendeten Konzentrationen sind viel höher als die beim Menschen erreichbaren.

Pathogenitätsmechanismen und Virulenzfaktoren

"Burkholderia pseudomallei" ist ein opportunistisches Pathogen und muss als Umweltorganismus keinen tierischen Wirt durchlaufen, um sich zu vermehren. Aus der Sicht des Bakteriums ist eine Infektion des Menschen eine ‚Sackgasse‘ in seiner Entwicklung.

Stämme, die beim Menschen Krankheiten verursachen, unterscheiden sich von Stämmen, die bei anderen Tieren Krankheiten verursachen, durch bestimmte genomische Inseln. Es kann die Fähigkeit besitzen, beim Menschen Krankheiten durch DNA zu verursachen, die von anderen Mikroorganismen erworben wurde. Die Mutationsrate ist ebenfalls hoch und der Organismus entwickelt sich auch nach der Infektion eines Wirts weiter.

"Burkholderia pseudomallei" ist in der Lage, in Zellen einzudringen, da es ein intrazellulärer Erreger ist. Es kann Aktin polymerisieren und sich von Zelle zu Zelle ausbreiten, wodurch es zur Zellfusion und zur Bildung mehrkerniger Riesenzellen kommt. Es besitzt ein einzigartiges fusogenes Typ-VI-Sekretionssystem, das für die Ausbreitung von Zelle zu Zelle und die Virulenz bei Säugetierwirten erforderlich ist. Das Bakterium produziert außerdem ein Toxin namens Letalfaktor 1. "B. pseudomallei" ist eines der ersten Proteobakterien, bei dem ein aktives Typ-VI-Sekretionssystem nachgewiesen wurde. Es ist auch der einzige bekannte Organismus, der bis zu sechs verschiedene Typ-VI-Sekretionssysteme enthält.

"B. pseudomallei" ist aufgrund seines Effluxpumpenmechanismus von Natur aus gegen viele antimikrobielle Wirkstoffe resistent. Dieser vermittelt die Resistenz gegen Aminoglykoside ("AmrAB-OprA"), Tetracycline, Fluorchinolone und Makrolide ("BpeAB-OprB").

Impfstoffkandidaten

As of 2023 Es wurde noch kein Impfstoff zugelassen, obwohl viele in vorklinischen Studien untersucht wurden.

Es wurden Impfstoffkandidaten vorgeschlagen. Mutanten mit einer Deletion des Gens Aspartat-β-Semialdehyd-Dehydrogenase (asd) sind in reichhaltigen Medien auxotroph für Diaminopimelat (DAP) und in minimalen Medien auxotroph für DAP, Lysin, Methionin und Threonin. Das Δasd-Bakterium (Bakterium, bei dem das asd-Gen entfernt wurde) schützt Mäuse vor inhalativer Melioidose.

Transformation

"Burkholderia pseudomoallei" kann eine Transformation durchlaufen. Das Bakterium kann ein freies Plasmid durch Elektroporation aufnehmen und das Plasmidmaterial wird in die Wirts-DNA integriert, wenn sie elektrokompetent sind.

Externe Links

• "Burkholderia pseudomallei genomes and related information". PATRIC. NIAID. Archived from the original on 2011-08-24. Retrieved 2010-06-24.
• "Getting a Grip on the Great Mimicker: Secrets of a Stealth Organism". Wellcome Trust. Archived from the original on 2009-09-27. Retrieved 2006-03-27.
• Pathema "Burkholderia"-Ressource
• "Burkholderia pseudomallei". NCBI Taxonomy Browser. 28450.