Zbl. Bakt. Hyg., 1.Abt. Orig. A 252, 268-273 (1982)

Hygienisch-Epidemiologische Station (Kojal) Nyiregyhaza (Direktor: Dr. M.Mdrton) undInstitut fiir Hygiene der Ungarischen Staatseisenbahnen MAv (Direktor: Obermedizinal­rat Dr. M.Molndr), Budapest, Ungarn

Weitere Studien iiber die MausepathogenWit aerober Sporenbildner

(Genus Bacillus)

Additional Studies of the Pathogenicity of Aerobic Spore-formingOrganisms (Genus Bacillus) for Mice

S. BODNAR und 1. NIKODEMUSZ

Eingegangen am 28. Miirz 1981

Abstract

An investigation of the parenteral pathogenic potential of aerobic spore-forming bac­teria (genus Bacillus) in mice revealed that in the case of i. p. inoculation (0.5 ml suspension,106-10' viable cells per ml) only B. cereus was pathogenic, killing appro one half of theinoculated animals (293 out of 577). Other bacilli (B. subtilis, B. megaterium, B. pumilusetc.) administered intraperitoneally did not produce any lethal effect.

If inoculated intracerebrally, B. cereus killed appro 90% of the mice (138 out of 155),while for other bacilli the rate was appro 50% only (260 out of 529).

It is suggested that most of the aerobic spore-forming organisms cultured from casesof hospital infections are B. cereus which, however, does not completely exclude the pres­ence of other species.

Zusammenfassung

Es wurde die parenterale pathogene Fahigkeit von Angehorigen des Genus Bacillus anMausen untersucht und festgestellt, daR im Faile von intraperitonealer Infektion (0,5 mlSuspension mit 106-10' Lebendkeime pro rnl) nur B. cereus pathogen war und etwa dieHalfre der Tiere (293 von 577) totete, Andere Bazillen (B. subtilis, B. megaterium, B. pu­milus usw.) fiihrten nach intraperitonealer Verabreichung nicht zum Tod.

Nach intrazerebraler Infektion to tete B. cereus etwa 90% der Manse (138 unter 155),die ubrigen Bazillen nur etwa 50% (269 unter 529).

Man kann also annehmen, daR die aus Krankenhausinfektionen angezuchreren aerobenSporenbildner vorwiegend B. cereus sind, wobei aber auch andere Spezies nicht vollig aus­geschlossen werden konnen.

Ma usepathogenirat aerober Sporcnbildner 269

Vor mehr als 15 j ahren konnten w ir zeigen, daB unter den saprophy tischenSpezies des Genus Bacillus der Bacillus cereus eine fakultative Pathogenitargegcniiber Nagetieren be sit zt (16, 17). Die LD so die ser Spezies betrug nach intra­peritonealer Applikation 106-107 Leb cndkeime pro ml (0,5 ml Impfdosis). 0,05 mldiescr Susp ens ion verursa chten intranasal eingefiihrt den T od eines Drittels undintrazerebral von etwa 90 % der T iere. Subkutane oder intrarnuskulare Appli­kation der gleichen Keimmengen verursachte demgegeniibcr kcinerlei Sympto me.D ie iibrigen Spezies (B. subtilis, B. megaterium, B. pumilus, Bi laterosporus usw. )toteten d ie M ause nur durch in trazerebrale Impfung.

Aufgrund dieser Versuche folgcrn wir, daR die Sporenbildner, die im Schrifttum alspath ogen angesehen wurden, in erster Linie B. cereus war en (8, 9, 10, 16, 17, 18); Leben s­mittelvergiftungen konnen jedoch auch dur ch andere Spezies (13, 14, 15) veru rsacht wer­den. Die in der alteren medizini schen Literatur anzutreffenden Diagnosen sind haufig un­genau (1, 7, 13, 17, 29). Eine Beschreibung der morphologischen und biolog ischen Eigen­schaften des Erregers findet sich nur selten, und meistens wird der Errcger als B. subtilisoder B. mesentericus beschrieben (1, 5, 6, 8, 9, 10). Nur vereinzelt kann man feststellen,daf cs sich urn B. cereus handelte (14,20) .

Erst in den letzten 15 [ahren wurde der Bedeutung der Sporenbi ldncr in der Human­medizin erhohte Aufmerksamkeit gewidmet (2, 12, 24); Leben smittclvergiftun gen wurden- zumindest in Ungarn - weniger als fruher festgestellt (21). In iatrogenen bzw. nosoko­mialen Infektionen werden dagegen immer haufiger Sporenbildner gefunden (2, 12, 20).Bestimmt e Gruppen von Erk rankten, wie Diabetiker, Tumor krank e oder auch altere Per­sone n besitzen eine verminderte Widers tandsfahigkeit und sind daher gegeniiber soIchenMikroorg anismen empfindlicher als gesunde Personen (2, 4,5 , 7,8,9,10, 11, 12,24, 25).

Neuerdings sind Angab en dariib er bekanntgeworden, daB B. cereus bei bestimrntenTieren Entzundungen und soga r auch todl iche Infektionen hervorrufen kann (3,5, 7, 22,23, 24). Von anderen BaziIlen konnte das noch nich t best arigt werd en (5, 6, 25). NachFabio ist fur Seidenraupen nur B. cereus pathogen (3). Durch subkutan e Applikation wur­den 119 von 120 Raupen dur ch diesen Keirn, jedoch nur 4 von 70 Raup en dur ch B. subtilisgerotet. Nach Angaben von Stamatin geho rt das B. cereus-Toxi n zu den gefahrlichstenGiften fur Warmbliiter (22, 23).

Unser Ziel war, weitere Untersuchungen durchzufiihren, urn die friihere n Ergebnisse zuerganzen.

Material und Methode

Fur unsere Versuche wurden 20-30 g schwere, 9-12 wochige Albinornause (StammBalb /c) beider Geschlechter verwendet. 1810 Tiere wurden intraper iton eal mit 0,5 ml und867 Tiere intrazerebral mit 0,05 ml Suspension geimpft. Die Suspensionen wurden mitphys, Kochsalzlosung (10 ml Losung je 18-23stiindiger Schragagarkulrur) hergestellt. DieLebendkeimzahl bet rug bei Bazillcn 9,7- 12,2 x 107 pro ml. Die nach der Methode vonBurker fesrgesrellten Keimzahlen lagcn urn etwa eine Zehnerpotenz hoher, jedoch warendie Streuungen hierbei grofser.

Einige der Bazillus-Sramme iiberlief uns dankenswerterweise Dr . G.Seidel, Berlin . An­dere Starnme haben wir im Laufe routinemafsiger Untersuchu ngen aus Lebensmittelprobenisoliert . Ihre Identifiz ierung erfolgrc nach dem Schema von Knight-Proem (5, 16, 17).

Die T iere wurden nach der Irnpfung, 2-3 Std. lang und am nachsten Tag beob­achret, die Anzahl der gesto rbenen T iere wurde festgestellt, Der Tad innerhalb von 3 Std.wurde als Impftrauma betracht et. Dies kam am haufigsten bei intr azerebralen Appl ika­tionen vor. Es konnte festgestellt werden, daB diejenigen T iere, die nach 19- 24 Std. tiber-

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lebten, auch sparer nicht star ben. Bakteriologische Untersuchungen wurden an den In­jektionsstellen (Peritoneum, Gehirn) sowie von Milz und Herzblut vorgenommen. DieProben wurden auf entsprechenden Nahrboden geziichtet (17, 18).

Ergebnisse

Die Angaben der intraperitonealen Applikationen wurden in der Tabelle 1 dar­gestellt,

Tabelle 1. Mauseparhogenirat der aeroben Sporenbildner nach intraperitonealer Infektion(Ergebnisse von 1455 1nfektionen)

Bakterienspezies Zahl der Tiere Zahl der bakteriologischeninfiziert gestor- Untersuchungen

ben gerotet gesamt positiv negativ

B.cereus 577 293 40 198 190 8"Bisubtilis 273 5 41 44 24 20"B.pumilus 163 3 11 11 7 4*B.alvei 64 0 15 15 15 0B. sphaericus 100 0 16 16 0 16"B.megaterium 114 3 8 11 7 4"B.mycoides 64 1 3 4 4 2*B.laterosporus 100 2 3 5 2 3"

* = Oberlebende Tiere

Aus der Tabelle ist zu ersehen, dag unter den Sporenbildnern nur B. cereus eineausgepragte Mausepathogenitat besaK Diese Spezies totete etwa die Halfte derTiere (50,7010). Der Erreger konnte aus der Infektionsstelle, sowie von Milz undHerzblut ausnahmslos zuriickgewonnen werden. Er konnte aber manchmal auchaus den Organen der iiberlebenden Manse isoliert werden. Das weist darauf hin,dag das Eindringen des Erregers in die Blutbahn an sich noch keine Todesursacheist. Ein Teil der iiberlebenden Tiere war bakteriologisch negativ. Es ist anzuneh­men, daB der Tierorganismus die eingebrachten Bakterien eliminierte.

B. subtilis wirkte, intraperitoneal eingefiihrt, nur begrenzt pathogen, es starben1,8010 der infizierten Manse. Man kann annehmen, dag die in der Fachliteraturals pathogen beschriebenen B. subtilis-Keime die Ursachen von falschen Diagnosenwaren, denn die Klassifizierung der Mitglieder des Genus wurde nicht eindeutigdurchgefiihrt, B. subtilis ist parenteral hochstwahrscheinlich apathogen. Die Bazil­len konnten bei etwa der Halfte der getoteren Tiere angeziichtet werden.

Die iibrigen Bazillen-Spezies erwiesen sich als nur sehr selten pathogen. Unter878 mit Saprophyten infizierren Nagetieren waren 14 (1,6010) wahrend der Beob­achtungsperiode gestorben. Bei einem Teil konnten die Mikroben aus den Orga­nen angeziichtet werden. Es ist interessant, dag B. alvei aus allen untersuchtenTieren anziichtbar war, aber B. sphaericus aus keiner Probe der geroteten Tiere.Dieser Unterschied kann wahrscheinlich auf die verschiedene Uberlebensfahigkeit

M au sepathogenirat aerober Spo renbildner 271

der Bazillen zuriickgefuhrt werden; manehe Sporenbildner konnen im Organismusder N agetiere ohne Konsequenzen persistieren.

Die Ergebn isse der fast 700 intrazerebralen Appl ikationen sind in der Tabelle 2veranschaulicht.

T abclle 2. Mausepa thoge nita r de r ae ro ben Sporenbildner nach inrraze reb rale r Infekt ion(Erge bnisse von 684 Infektionen)

Bakter ienspez ies Zahl der Ti ere Zahl der bakteriolo gischeninfiziert gestorb en gerotet Unt ersuchungen

gesa mt positiv" neg ativ

B.cereus 155 138 (13)"- 2 61 61 0B.subtilis 132 55 (4) 9 39 30 9+H,pumilus 157 83 (8) 0 29 29 0B.sphaericus 42 15 (3) 0 6 6 0B.megaterium 105 73 (9) 3 28 28 0B,mycoides 42 34 (2) 0 10 10 0B,laterosporus 51 19 (1) 2 8 6 2+

Zeichenerklarung: ()" = Z ahl der innerha lb von 3 Std . nach Infektion gestorbenen Tiere.c = Nut die Gchirnproben waren bakteriolog isch positi v.;- = NUt die iiberlebenden Tiere waren bakteriologisch negativ.

In der Spalte der verendeten Tiere bedeuten die eingeklamm erten Zahlen, da gdie Todesursaehe das Impftraurna war, der Tod tr at innerhalb der ersten 3 Std.ein, B. cereus verursachte eine 89 Ofoige Letalitat. Die iibrigen Spezies toteten etwadie Halfte der Tiere, von 529 Mausen sta rben 279 (53 %) . Es ist offensiehtlieh, daisdie im allgerneinen apathogenen Spo renbildner bei intrazerebraler Verabreiehungnicht unschadlich sind , obzwar ihre Pathogenitat niedriger als die von B. cereuswar.

Die intrazerebrale Appli kati on ist sta rker schadigend als andere Infektionswege.Die int razerebral eingefiihrren Mikroben konnten aus den Mausen immer zuriiek ­gewonnen werden, aber nur aus dem Gehirn. Es ist wahr scheinlieh, daB der Todder Tiere noeh zu einem Zeitpunkt eintrat, als die Bazillen noch nicht intravitalverbreitet waren, Bei 9 mit B. subtilis und 2 mit B. laterosporus infizierten Mausenverursachte die Infektion nicht den Tod. In diesen Fallen wurden die Mikrobenin vivo abgetotet, da sie aus den Or ganen der getoteten Tiere nicht zuriickzuge­winn en waren.

Besprechung der Ergebnisse

Die vorliegenden Ergebni sse haben unsere friiheren Angaben unterstiitzr. Inunseren Arbeiten fand en wir nur B. cereus als rnausepathogen, and ere Speziesriefen nur int razerebral todliche Infektionen her vor . Erkranku ngen durch Sporen­bildner wurden scho n z. Zt. der Jahrhundertwende beschrieben, abet meistensohne exa kte Diagnosen, Man sprach dabei von Heub azillen, ohne eine nahere

18 Zbl. Bake. Hyg., L Abc. O rig. A 252

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Beschreibung zu geben (5, 16, 17, 18). Ein bedeutender Teil sollte durch B. cereusverursacht worden sein. Auch fur LebensmitteIvergiftungen sollte diese Speziesverantwortlich gewesen sein. Meistens war B. cereus der Erreger, doch aufgrundeinheimischer und internationaler Angaben (1, 14, 15) gab es solehe Faile, beidenen andere Bazillen als Erreger in Betracht zu ziehen waren.

Die Pathogenitat der Sporenbildner weist auf ihre Bedeutung bei der Bekamp­fung nosokomialer Infektionen hin. An Stoffwechselstorungen leidende sowie unterzytostatischer oder immunsuppressiver Behandlung stehende Personen sind gegensolche Mikroorganismen empfindlicher als Personen mit normaler Widerstands­fahigkeir. In solehen EHlen kann B. cereus, vielleicht auch B. pumilus und B. sphae­ricus ein primarer Krankheitserreger sein. Uber die Pathogenitat von B. cereusgibt es neuerdings Angaben, die vermuten lassen, dafS ein starkes, aber leicht zuinaktivierendes Toxin gebildet wird, das von anderen Spezies nicht erzeugt werdenkann (22,23,25). Es sollte darauf hingewiesen werden, daB in der internationalenFachliteratur keine Angaben zu linden sind, die die Tierpathogenitat verschiedenersaprophytischer Sporenbildner vergleichen; nur iiber B. anthracis und andere sogen."anthrakoide" Bazillen sind hierzu einige vergleichende Beirrage bekannt (5, 6).

Die Virulenz von B. cereus fur Mause ist nicht besonders hoch. Andere Spezies,z. B. B. purmilus, B. subtilis, B. megaterium besafen intraperitoneal keine Mause­parhogenitat.

Intrazerebral totete B. cereus etwa 90 % der Nagetiere, auch andere Bazillen(B. subtilis, B. pumilus, B. megaterium, B. mycoides usw.) riefen eine 50 0/oige

Letalitat hervor. Dies bedeutet, daf es Orte im Makroorganismus gibt, wo sichdie Mikroben ansiedeIn, vermehren und schwere Veranderungen verursachen kon­nen, Auch unter den sogen. saprophytischen Sporenbildnern gab es Unterschiedein ihrer Parhogenitat, die in weiteren Versuchen geklarr werden miissen.

Auf jeden Fall mug mit einer zunehmenden Bedeutung der bisher fur Sapro­phyten gehaltenen Bazillen als Erreger von Krankenhausinfektionen gerechnet wer­den. Aufgrund von Literaturangaben und der hier erorrerten Ergebnisse kann B.cereus als fakultativ pathogener Keirn eingestuft werden. Fur andere Spezies kanndas gleichfalls nicht ausgeschlossen werden.

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Obera rzt Dr. med. S.B odnar, Kojal, H-4401 Nyiregyhaza und Ober medizinalrat Dr.med. habil. 1.Nikodemu sz, Insritut fur Hygiene der Ungari schen Sraarseisenbahnen MAV,H-I 068 Budapest, Ungarn