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Clostridiosen im Rinderstall Was kann das Labor - ig-botulismus

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IG Botulismus und Clostridiose
Idingen, 1. 12. 2012
Clostridiosen im Rinderstall
Was kann das Labor leisten?
Frank Gessler
miprolab Gesellschaft für mikrobiologische Diagnostik mbH
Marie-Curie-Strasse 7
℡+49 (0)551 4956680
1
37079 Goettingen
Germany
+49 (0)551 495668-11
info@miprolab.com
Wie und warum entstehen Clostridiosen?
Wie kann das Labor bei der Diagnose unterstützen?
2
Wie sieht unsere Welt aus?
oder
http://www.wwd-ev.de
3
Infektionserreger
Clostridien
4
?
Infectious agents
Infektiosität (+ Erkrankung)
5
Infectious agents
Infektiosität (+ Erkrankung)
Maul- und Klauenseuche-Virus
6
Salmonellen
Clostridien
Infectious agents
Infektiosität (+ Erkrankung)
Maul- und Klauenseuche-Virus
Salmonellen
Clostridien
Bedeutung von Kofaktoren
7
Das Genus Clostridium
Gram+
bildet Sporen
wächst anaerob
ubiquitär(�überall)
10 µm
zum Vergleich
ein Haar
Bildquelle: farbe.wisotop.de
8
natürliches Vorkommen:
Umwelt und Verdauungstrakt
Das Genus Clostridium
Gram+
bildet Sporen
wächst anaerob
10 µm
ubiquitär(�überall)
natürliches Vorkommen:
Umwelt und Verdauungstrakt
https://www.niwa.co.nz
9
Das Genus Clostridium
= umweltrelevante Bakterien und gute
biotechnologische Produzenten
z. B. Clostridium acetobutylicum,
das „Weizmann Bakterium“ produziert
Azeton, Ethanol und Butanol
http://en.wikipedia.org
10
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen für Mensch und Tier
TETANUSPATIENT
vahs.net
… doch dazu später
11
Und wer hat‘s erfunden?
Ein Beispiel zur Entstehung von Clostridiosen – die Graskrankheit des Pferdes
12
Die Graskrankheit
Dysautonomie durch Clostridium botulinum?
Photos: Robert Pirie
13
Und was müssen wir noch wissen?
Das Umweltverhalten des ubiquitären Bakteriums Clostridium botulinum
14
Und was müssen wir noch wissen?
Clostridium botulinum
bildet Sporen
wächst anaerob
ubiquitär(�überall)
natürliches Vorkommen:
Umwelt und Verdauungstrakt
15
Lebt Clostridium botulinum in der Umwelt?
… ein Versuch zur Beantwortung dieser Frage
16
Ausbringen und Bestimmen von Clostridium botulinum in der Umwelt
1. Ausbringung von
Kompost mit
C. botulinum und
Kontrollen
Juli
2013
October
2002
Probenahmen
17
2. Ausbringung von
Kompost mit
C. botulinum und
Kontrollen
Aussaat einer
Weidegrasmischung
mit Klee
Juli
2004
Januar
2004
Zeit [d]
Januar
2005
Juli
2005
Ausbringen und Bestimmen von Clostridium botulinum in der Umwelt
Behandlung der Parzellen
Sporen• g-1
Tage seit Beginn des Versuchs
0
D
1 x 103
DT
1 x 103
K
1 x 103
KT
1 x 103
E
2 x 103
ET
2 x 103
F
2 x 103
FT
2 x 103
G
1 x 105
GT
1 x 105
L
1 x 105
LT
1 x 105
H
2 x 105
HT
2 x 105
N
2 x 105
NT
2 x 105
=
T
18
51
70
119
133
181
222
257
290
325
366
689
< 20-100 Sporen • g-1
=
20
C. botulinum Sporen • g-1
=
2000
C. botulinum Sporen • g-1
=
200
C. botulinum Sporen • g-1
=
20000
C. botulinum Sporen • g-1
=
tieferer Bodenhorizont
757
876
939
1016
1100
Clostridium botulinum – ein Pflanzendünger?
Überraschung in Jahr 2
19
Und was müssen wir noch wissen?
ohne C.-botulinum-Sporen
20
mit C.-botulinum-Sporen
Der Clostridium-botulinum-Wachstumsschub
40
35
30
dry matter
25
grass
glover
20
biomass
15
10
5
0
neg. control
1 x c-c
2 x c-c
1 x 10E3
2 x 10E3
1 x 10E5
2 x 10E5
plot
neg. control = no treatment
1 x 10E3 = 103 spores g-1, 1 spreading
1 x c-c
= compost, only (one spreading)
2 x 10E3 = 103 spores g-1, 2 spreadings
2 x c-c
= compost, only (two spreadings)
1 x 10E5 = 105 spores g-1, 1 spreading
2 x 10E5 = 105 spores g-1, 2 spreadings
21
Untersuchungen in der Klee-Rhizosphäre
104/105
Botulism
Clostridium botulinum in organic material
102
Sporen g-1
Risk assessment
Conclusion
Die Wiederholung im Gewächshaus
Toni Hartmann
Helmholtz Center
München
ohne C.-botulinum-Sporen
mit C.-botulinum-Sporen
Die Wiederholung im Gewächshaus
Toni Hartmann
Helmholtz Center
Munich
20 µm
…und jetzt zurück zur Graskrankheit
1909
Barry Camp
Karte: www.wikipedia.org
Photo: University of St. Andrews
…und jetzt zurück zur Graskrankheit
Antony Gibbs & Sons
Peru
> 1840
Guano =
organischer Dünger
300,000 t (1858) UK
170,000 t (1855) USA
…und jetzt zurück zur Graskrankheit
Antony Gibbs & Sons
Peru
> 1840
Guano =
organischer Dünger
300,000 t (1858) UK
170,000 t (1855) USA
> 1900 ´Weißklee
…und jetzt zurück zur Graskrankheit
Antony Gibbs & Sons
Peru
> 1840
Guano =
organischer Dünger
= Graskrankheit
300,000 t (1858) UK
170,000 t (1855) USA
> 1900
Weißklee
…und wie lange bleibt das Bakterium in der Umwelt?
seit 1909 ist die Graskrankheit in Schottland endemisch
Zurück zur Ausgangsfrage – wie entstehen Clostridiosen
Umwelt
organische
Dünger?
Cofaktor?
Clostridien in
der Umwelt
Cofaktor?
Interaktionen
im Boden
Zurück zur Ausgangsfrage – wie entstehen Clostridiosen
Cofaktor?
Umwelt
Tier
organische
Dünger?
Leistung?
Clostridien in
der Umwelt
Cofaktor?
Interaktionen
im Boden
Cofaktor?
Prädisposition
im Tier
Cofaktor?
Immunkompetenz
Zurück zur Ausgangsfrage – wie entstehen Clostridiosen
Cofaktor?
Umwelt
Tier
organische
Dünger?
Leistung?
Clostridien in
der Umwelt
Interaktionen
im Boden
Cofaktor?
Prädisposition
im Tier
Cofaktor?
Cofaktor?
Clostridiosen
Immunkompetenz
Der Clostridienkreislauf
Faktoren?
Black Box
Black Box
Was kann nun das Labor leisten?
Was kann nun das Labor leisten?
34
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
vahs.net
35
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
Clostridium perfringens
- α, β, β2, ε, ι, cpe und
viele andere Toxine
www.3tre3.it
36
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
Clostridium perfringens
- α, β, β2, ε, ι, cpe und
viele andere Toxine
Clostridium chauvoei
- große Bandbreite an Toxinen
vetpath.wordpress.com - blackleg
37
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
Clostridium perfringens
- α, β, β2, ε, ι, cpe und
viele andere Toxine
Clostridium chauvoei
- große Bandbreite an Toxinen
Clostridium septicum
- α, β, γ, δ Toxin
38
www.vetnext.com – malignant edema
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
Clostridium perfringens
- α, β, β2, ε, ι, cpe und
viele andere Toxine
Clostridium chauvoei
- große Bandbreite an Toxinen
Clostridium septicum
- α, β, γ, δ Toxin
Clostridium botulinum
- Botulinum Neurotoxins A-G, C2 und C3
39
I. Dutra
Die pathogenen Clostridien
Einige wenige Spezies wurden pathogen
Clostridium tetani
- Tetanus Neurotoxin
Clostridium perfringens
- α, β, β2, ε, ι, cpe und
viele andere Toxine
Clostridium chauvoei
- große Bandbreite an Toxinen
Clostridium septicum
- α, β, γ, δ Toxin
Clostridium botulinum
- Botulinum Neurotoxins A-G, C2 und C3
Clostridium sordellii, histolyticum etc.
40
Die pathogenen Clostridien
Was sind die krankmachenden Eigenschaften
(Bakterien) + Toxine
41
Die pathogenen Bakterien
Was sind die krankmachenden Eigenschaften
(Bakterien) + Toxine
Was kann das Labor testen
(Bakterien) + Toxine + Antikörper
42
Wie werden Clostridiosen diagnostiziert?
Klinik
43
Klinik
Klinik
Wie werden Clostridiosen diagnostiziert?
Klinik
Klinik
Klinik
differentialdiagnostische Abklärung
Epidemiologie
Toxikologische/mikrobiologische
Laboruntersuchungen
Diagnose
vorläufig/endgültig
44
diagnostische Impfung
Das ganze am Beispiel Botulismus
Labordiagnose Botulismus
Serologie
spezifische Antikörper gegen BotulinumNeurotoxine
Immunchemische Nachweise für die Toxine
ELISA
Lateral Flow Assay
Multiplex-Testplattformen
Toxine
Toxinaktivitätstests
Endopeptidase-Test
Mäuse-Bioassay
Nachweis toxinogener Bakterien
Kultur
(q)PCRs (single und multiplex)
Toxingensequenzierung
45
toxigene Bakterien
Das ganze am Beispiel Botulismus
Labordiagnose Botulismus
Serologie
spezifische Antikörper gegen BotulinumNeurotoxine
Immunchemische Nachweise für die Toxine
ELISA
Lateral Flow Assay
Multiplex-Testplattformen
Toxine
Toxinaktivitätstests
Endopeptidase-Test
Mäuse-Bioassay
Nachweis toxinogener Bakterien
Kultur
(q)PCRs (single und multiplex)
Toxingensequenzierung
46
toxigene Bakterien
Und jetzt wird es schwierig…
…jetzt müssen die Ergebnisse interpretiert werden
Im Hinterkopf behalten, dass C. botulinum
ubiquitär (aber nicht überall in der Umwelt)
Natürliches Vorkommen sind Umwelt und Verdauungstrakt
aber auch Krankheitserreger
47
Die Interpretation
Im Hinterkopf behalten, dass Clostridium botulinum
ubiquitär (aber nicht überall in der Umwelt)
Natürliches Vorkommen sind Umwelt und Verdauungstrakt
aber auch Krankheitserreger
48
Klinik
Toxin
indirektes Toxin
PCR
Interpretation
+
+
+
+
Botulismus
+
+
–
–
Botulismus
+
–
+
+
Botulismus
+
–
–
–
Botulismus?
–
–
–
–
–
+
–
+
–
–
+
–
kein Botulismus
kein Botulismus
Botulismus?
–
+
+
+
Botulismus?
Diagnose
Fazit
Die Diagnose einer Clostridiose ist aufwändig
(klinisch und labordiagnostisch), aber zuverlässig
49
… und die anderen…
Was ist mit den anderen, pathogenen Clostridien?
50
Weitere Proben
Umwelt- und Futtermittelproben
51
Clostridiendiagnostik
Black Box
Clostridiendiagnostik
Black Box
Black Box
Dermot Seymour
Botulism over Mullaghcreevy,
1985
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
54
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Gesundheitswesen
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