if(typeof __ez_fad_position != ‚undefined‘){__ez_fad_position(‚div-gpt-ad-microscopemaster_com-box-2-0‘)};MykoplasmenBeispiele, Merkmale, Infektion und Behandlung

Definition: Was sind Mykoplasmen?

Da sie als freilebende Organismen oder als Parasiten von Tieren und Pflanzen vorkommen, sind sie in der Natur weit verbreitet und können in aquatischen und terrestrischen Umgebungen gefunden werden.

Zurzeit sind über 120 Arten der Gattung Mycoplasma identifiziert und beschrieben worden, wobei Mycoplasma pneumoniae, das für Infektionen der oberen und unteren Atemwege verantwortlich ist, die häufigste Art der Gruppe ist.

* Mycoplasmen wurden früher als pleuropneumonieähnliche Organismen (PPLO) bezeichnet.

Beispiele für andere Mykoplasmen sind:

• Mycoplasma hominis
• Mycoplasma genitalium
• Mycoplasma mycoides
• Mycoplasma salivarium
• Mycoplasma capricolum
• Mycoplasma arginini
• Mycoplasma canis

Klassifikation der Mycoplasmen

Königreich: Bakterien – Als Angehörige des Reichs der Bakterien sind Mykoplasmen prokaryotische Einzeller. Sie unterscheiden sich jedoch von anderen Bakterien dadurch, dass sie keine Zellwand haben.

Stamm: Firmicutes – Mycoplasmen werden dem Stamm Firmicutes zugeordnet, der aus grampositiven Bakterien besteht. Einige Mitglieder dieser Abteilung erscheinen jedoch nach der Färbung aufgrund der Eigenschaften ihrer äußeren Membran als gramnegative Bakterien.

Siehe Seite über grampositive und gramnegative Bakterien

Klasse: Mollicutes – Der Name Mollicutes leitet sich von dem lateinischen Wort „Mollis“ ab, das „weich“ bedeutet. Mitglieder dieser Gruppe, wie z.B. Mykoplasmen, haben keine Zellwand und sind meist sehr klein.

Ordnung: Mycoplasmatales – Die Ordnung Mycoplasmatales besteht aus Mycoplasma- und Ureaplasma-Arten, die ein kleines Genom enthalten.

Familie: Mycoplasmataceae – Die Familie Mycoplasmataceae besteht aus den Gattungen Mycoplasma und Ureaplasma. In dieser Familie sind die meisten Arten sexuell übertragbar. Ihre Form variiert je nach Art von fadenförmig bis kugelförmig – Es wurde jedoch gezeigt, dass einige der Arten unter bestimmten Bedingungen ihre Form verändern können.

Gattung: Mycoplasma – Die Merkmale der Gattung Mycoplasma werden im Folgenden erläutert.

Ökologie und Verbreitung

Mykoplasmen-Infektionen wurden in verschiedenen Regionen der Welt gemeldet, was darauf hindeutet, dass diese Bakterien weltweit weit verbreitet sind.

Als Parasiten infizieren sie eine Vielzahl von Wirten, darunter Reptilien, Säugetiere, Fische und Gliederfüßer. Als solche können sie sowohl in terrestrischen als auch in aquatischen Umgebungen gefunden werden, in denen sie diese Wirte infizieren.

Abgesehen von Tieren sind einige Arten Parasiten verschiedener Pflanzenarten. Die Liste der Wirte, die diese Organismen beherbergen, wird jedoch Berichten zufolge immer länger, da die Zahl der identifizierten Arten steigt.

Saprophytische Arten und Stämme hingegen wurden aus einer Reihe von Lebensräumen isoliert, unter anderem aus Abwässern, Gülle, Erde und Humus. Um sich weiter zu vermehren, leben diese Arten jedoch in intra- und extrazellulären Umgebungen, wo sie von den Fragmenten toter oder lebender Zellen abhängig sind.

* Bei infizierten Menschen können sich die Bakterien in den Schleimhäuten der oberen Atemwege, der Mundhöhle oder des Urogenitaltrakts ansiedeln.

Morphologie und Zellstruktur von Mykoplasmen

Mykoplasmen sind größtenteils kugelförmig und haben einen Durchmesser zwischen 0,3 und 0,8 um. Damit sind sie nicht nur die kleinsten Bakterien, sondern auch die kleinsten Zellen im Allgemeinen. Während die meisten Arten eine kugelförmige Form aufweisen, können einige birnen- oder kolbenförmig erscheinen und verzweigte Fäden unterschiedlicher Länge aufweisen.

Im Gegensatz zu vielen anderen Bakterien, die eine Zellwand haben, haben Mycoplasmen keine. Aus diesem Grund wird die allgemeine Form des Organismus durch das Zytoskelett in seiner Struktur aufrechterhalten.

Durch die Behandlung mit Detergenzien konnten die Forscher das Netzwerk aus Filamentfäden und Stäbchen sichtbar machen, aus denen dieses Zytoskelett besteht. Anhand von mikroskopischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass Mykoplasmenzellen aus drei Hauptorganellen bestehen.

Dazu gehören:

• Zellmembran
• Ribosom
• Ein zirkuläres und dicht gepacktes DNA-Molekül (doppelsträngig)

* Das Genom von Mycoplasmen ist etwa 800kb groß (bestehend aus etwa 816.394 Basenpaaren) mit einem G+C-Gehalt von durchschnittlich 40.0mol Prozent.

Zellmembran

Durch frühe elektronenmikroskopische Studien wurde festgestellt, dass Mycoplasmen sowohl die Zellwand als auch intrazytoplasmatische Membranen fehlen. Diese Untersuchungen zeigten jedoch auch, dass die Zelle von einer Plasmamembran umgeben ist. Diese Membran wurde durch osmotische Lyse isoliert, was es den Forschern ermöglichte, die damit verbundenen Merkmale (chemische, antigene und enzymatische Eigenschaften) zu untersuchen.

Bei den meisten Arten besteht die Zellmembran aus 60 bis 70 Prozent Proteinen und 20 bis 30 Prozent Lipiden. Bei infizierten Wirten haben Mykoplasmen auch gezeigt, dass sie große Mengen an Sterolen aus dem Wirt aufnehmen und in ihre Plasmamembran einbauen können. Die Sterole werden dann für eine Reihe von Funktionen verwendet, einschließlich der Regulierung der Membranfluidität bei Temperaturschwankungen usw.

Zytoskelett

Da Mykoplasmen keine Zellwand haben, wird vermutet, dass das Zytoskelett bzw. zytoskelettähnliche Strukturen die Form der Zelle modulieren.

Bei Mycoplasma pneumoniae besteht das Zytoskelett, das auch als Triton-Schale bezeichnet wird, aus einem dicken Stab sowie einem Netzwerk von Filamenten, die eine korbartige Struktur bilden. Dabei stützt der relativ dicke Stab, der aus gestreiften Filamentbündeln besteht, die Anheftungsorganelle, während die korbartige Struktur die Zelle als Ganzes strukturell stützt.

Das Zytoskelett besteht auch aus einer Reihe von Proteinen, darunter:

– P1-Adhäsin – Ermöglicht dem Organismus die Bindung an die Zelle des Wirts und an andere Oberflächen

– Proteine, die das P1-Adhäsin unterstützen

– HMW1 und HMW2. Beteiligt an der Bildung von Anheftungsorganellen

– Proteine, die am proximalen Ende des EDC lokalisiert sind

– HMW3, P65 und P30 – Auch an den Anheftungsorganellen lokalisiert

Motilität

Motilität in Mykoplasmen wird durch winzige (weniger als 50nm lange) beinartige Proteine ermöglicht, die sich auf der Zellmembran befinden. Diese Proteine haben ihren Ursprung in einem nasenartigen, vorderen Fortsatz. Mit Hilfe dieser Proteine, bei denen es sich vermutlich um das Protein Gli349 handelt, ist der Organismus auch in der Lage, an verschiedenen Oberflächen zu haften, sich abzulösen und wieder anzuheften, wo sie sich nachweislich mit Geschwindigkeiten zwischen 2 und 4,5 Mikrometern pro Sekunde bewegen.

Die für die Bewegung erforderliche Energie wird aus der ATP-Hydrolyse gewonnen. Dabei ist allerdings zu beachten, dass sich Mykoplasmen beim Gleiten nur vorwärts und nie rückwärts bewegen können.

Neben den beinartigen Proteinen besteht der nasenartige Fortsatz aus verschiedenen Zytoskelettstrukturen. Diese Strukturen bilden das hexagonale Gitter, das sich an der Spitze des Vorsprungs befindet, wo es eine halbkugelförmige Kappe bildet, die etwa 235 nm breit und 155 nm lang ist.

Diese halbkugelförmige Kappe ist wiederum an einer Reihe flexibler Proteine befestigt, die sich im Zytoplasma befinden. Diese Proteine, die flexibel sind und ein tentakelartiges Aussehen haben, sind an Partikel (20 nm groß) gebunden, von denen man annimmt, dass sie die beinartigen Proteine an den Tentakeln befestigen.

Ernährung

Die meisten Mykoplasmen leben als Parasiten oder Kommensalen. Als solche benötigen sie zum Überleben einen Wirt. Im Gegensatz zu einer Reihe anderer Bakterien sind Mykoplasmen jedoch in der Lage, verfügbare Stoffe zu fermentieren, um ATP zu produzieren. Dies macht sie unabhängig, da sie in der Lage sind, ihre eigene Energiequelle zu erzeugen.

Während sie für verschiedene Stoffwechselfunktionen von ihren Wirten abhängig sind (weil sie ihre Elektronentransportkette verloren haben), erfolgt die Atmung durch Fermentation (anaerob) ohne Verwendung der ETC.

Zurzeit sind sieben Mykoplasmenarten als humanpathogen bekannt.

Dazu gehören:

• M. penetrans
• M. pneumoniae
• M. urealytium
• M. hominis
• M. genitalium
• M. pirum
• M. fermentation

Als Parasiten müssen sich Arten wie M. pneumoniae zunächst an die Zelle des Wirts heften. Dazu werden Adhäsionshilfsproteine sowie ein Netzwerk von Adhäsionssystemen eingesetzt. Nach dem Kontakt mit der Zielzelle (dazu gehören eine Vielzahl von Zellen wie rote Blutkörperchen, HeLa-Zellen, Fibroblasten und sogar Makrophagen) verlagern sich die Vorläufer- oder P1-Proteine nachweislich schnell in die apikale Region, wo sie an der Produktion von P1-Proteinen beteiligt sind, die an der Anheftung beteiligt sind.

Neben diesen Proteinen verwenden Mykoplasmen auch eine Reihe anderer Proteine, darunter das P30 adhesion factor-related protein und HMW 1-5 polypeptides.

Nach der Adhäsion dehnen sich die Mikrotubuli des Parasiten aus und dringen in die Zelle des Wirts ein. Dadurch kann der Organismus verschiedene Stoffe wie Cholesterin, Glukose, Aminosäuren und andere gewinnen. In einigen Fällen dringt das Mykoplasma in die Zelle ein, wo es sich im Zytoplasma oder im Zellkern niederlassen kann, was ebenfalls zu Zellschäden führt. Als intra- oder extrazelluläre Parasiten kann M. pneumoniae nachweislich auch Schäden durch die Freisetzung von Toxinen wie Exotoxinen und anderen exotoxinähnlichen Substanzen verursachen.

Anpassungen

Das Fehlen einer Zellwand hat für Mycoplasmen eine Reihe von Vorteilen, die zu ihrem Überleben beitragen. Da sie beispielsweise nur eine Plasmamembran besitzen, können parasitäre Arten wie M. bovis ihre Form verändern und so ihre Effizienz im Wirt optimieren.

In vivo können sie ihre Form von kugelförmig zu fadenförmig und wie ein Spiegelei verändern. Dadurch können sie sich auch an unterschiedliche Umgebungen anpassen. Während Mykoplasmen im Allgemeinen extrazelluläre Organismen sind, können sie in die Zelle eindringen und sich im Zytoplasma oder im Zellkern ansiedeln.

Da sie keine Zellen haben, können Mykoplasmen auch die Wirkung vieler Antibiotika umgehen. Viele der Antibiotika, die gegen Bakterienzellen eingesetzt werden, zerstören diese größtenteils, indem sie die Zellwand angreifen. Da Mykoplasmen keine Zellwand haben, sind diese Antibiotika gegen sie unwirksam.

Aus diesem Grund haben Mykoplasmen-Parasiten wie M. genitalium eine Antibiotikaresistenz gegen Antibiotika wie Makrolide entwickelt. Mit der Entdeckung weiterer Mycoplasma-Arten ist es wichtig geworden, Antibiotika zu entwickeln, die speziell auf diese Parasiten abzielen. Siehe auch: Wie töten Antibiotika Bakterien ab?

Abgesehen von der Fähigkeit dieser Organismen, ihre Form zu verändern, sind Krankheitserreger wie M. bovis auch in der Lage, die Proteine auf ihrer Oberfläche zu verändern. Das macht es für das Immunsystem des Wirts schwierig, diese Parasiten wirksam anzugreifen und zu vernichten.

Vermehrung

Die Vermehrung von Mykoplasmen erfolgt durch binäre Spaltung und Knospung. Die binäre Spaltung beginnt mit der DNA-Replikation, die in der Nähe des dnaA-Gens beginnt. Nach der Replikation wandern die Chromosomen zu den entgegengesetzten Polen der Zelle, bevor sich die Zelle teilt, wodurch sichergestellt wird, dass jede der Tochterzellen das DNA-Material enthält.

Nach der Zellteilung enthält jede der Tochterzellen das genetische Material der Elternzelle sowie Zytoplasma und Ribosom. In Fällen, in denen die Replikation gehemmt ist, haben sich die Zellen verzweigt.

In einigen Fällen produzieren die Bakterien Elementarkörper, die sich als Knospen auf der Oberfläche der Mutterzellen bilden. Diese Elementarkörper mit einem Durchmesser von weniger als 180 nm (einige können bis zu 400 nm groß sein) ähneln Viruspartikeln, die infektiös sind und die Fortsetzung des Lebenszyklus des Erregers ermöglichen.

Mikroskopie

Mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,8 um sind Mycoplasmen zu klein, um mit einem Lichtmikroskop erkannt zu werden. Aus diesem Grund werden häufig Mykoplasmen-Kulturtechniken verwendet, um Kolonien zu züchten, die dann mit einem inversen Mikroskop beobachtet werden können.

Kulturtechnik

Um Mykoplasmen zu kultivieren, werden 0,1 bis 0,2 ml der Zellsuspension (antibiotikafreie Zellsuspension) auf die Oberfläche einer Mykoplasmen-Agarplatte beimpft. Die Platte wird dann 28 Tage lang bei 37 Grad C in einer Umgebung bebrütet, die mit 5 Prozent Kohlendioxid angereichert ist.

Beobachtung

Betrachtet man die Platte unter einem inversen Mikroskop bei geringer Vergrößerung (x4 und x10), so kann man Mycoplasma-Kolonien mit einer Spiegelei-Morphologie erkennen – sie sehen aus wie ein Spiegelei mit einem dunkleren Fleck in der Mitte.

Zu den Infektionen und Komplikationen, die mit der Pathogenität von Mycoplasma-Arten in Verbindung gebracht werden, gehören:

Sexuell übertragene Infektionen – Mycoplasma genitalium ist nicht Teil der normalen virginalen Flora. Im Falle einer Infektion verursacht es Infektionen des Harn- und Genitaltrakts und kann sexuell übertragen werden. Daher betrifft es sowohl Männer als auch Frauen.

Unfruchtbarkeit – Bei Männern wurde die Pathogenität von Mycoplasma hominis mit Genitalentzündungen und männlicher Sterilität in Verbindung gebracht.

Säuglingssterblichkeit – Da Mykoplasmen das Fortpflanzungssystem infizieren können (als perinatale Erreger), kann die Infektion auf das Baby übertragen werden, was dessen Gesundheit beeinträchtigen kann.

Zu den weiteren Komplikationen gehören:

• Enzephalitis
• Optische Neuritis
• Gehirnnervenlähmungen
• Aseptische Meningitis

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Jun He et al. (2016). Einblicke in die Pathogenese von Mycoplasma pneumoniae.

Lesley Young, Julia Sung, Glyn Stacey & John R Masters. (2010). Detection of Mycoplasma in cell cultures.

Shmuel Razin. (1996). Mycoplasmas. Medical Microbiology. 4. Auflage.

Shmuel Razin und Leonard Hayflick. (2010). Highlights der Mykoplasmenforschung – Eine historische Perspektive.