Clostridium difficile

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 15. April 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Clostridium difficile ist ein grampositives, stäbchenförmiges, obligat anaerobes Bakterium aus der Abteilung der Firmicutes. Der Endosporenbildner gilt als einer der wichtigsten nosokomialen Keime und kann vor allem im klinischen Rahmen zum Auftreten einer antibiotikaassoziierten Colitis führen.

Was ist Clostridium difficile?

Clostridium difficile ist ein stäbchenförmiges, grampositives Bakterium und gehört zur Familie der Clostridiaceae. C. difficile gilt als fakultativ pathogener Erreger, der vor allem nach Antibiotikaeinnahme zu einer lebensbedrohlichen Entzündung des Colons führen kann (pseudomembranöse Colitis). Dies macht ihn zu einem der relevantesten nosokomialen Erreger ("Krankenhauskeime"), da in Krankenhäusern häufig Breitbandantibiotika eingesetzt werden und die Therapiezeiten mit antibiotisch wirkenden Medikamenten in der Regel länger sind.

C. difficile zählt zu den obligat anaeroben Bakterien und besitzt daher keine Möglichkeit in sauerstoffhaltiger (oxischer) Umgebung aktiven Stoffwechsel zu betreiben. Bereits kleine Mengen Sauerstoff können für das Bakterium toxisch wirken.

Zudem hat diese Clostridien-Art die Fähigkeit Endosporen zu bilden, die sehr widerstandsfähig gegenüber verschiedenen Umwelteinflüssen sind. Nimmt die Zelle einen starken Stress wahr, wird der streng regulierte Prozess der Sporenbildung initiiert (Sporulation). Während der Sporulation bildet die vegetative Zelle ein zusätzliches Zellkompartiment aus, welches unter anderem die DNA und wichtige Proteine in der reifen Spore durch eine sehr stabile Zellhülle schützt. Die Spore wird nach Absterben der Mutterzelle freigesetzt und sichert der Zelle so das Überleben.

Durch diese metabolisch inaktive Überdauerungsform können Stressfaktoren wie Hitze, Sauerstoff, Trockenheit oder auch viele alkoholbasierte Desinfektionsmittel toleriert werden, bis die Spore unter günstigeren Umweltbedingungen wieder in den vegetativen Zustand übergehen kann.

Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften

Clostridium difficile ist grundsätzlich auf der gesamten Welt verbreitet (ubiquitär) und kommt in der Umwelt vor allem in Böden, Staub oder Oberflächengewässern vor. Auch im Darm von Menschen oder Tieren ist C. difficile zu finden. So tragen etwas unter 5% aller Erwachsenen das Bakterium meist unbemerkt in sich. Hingegen wurde der Keim bei etwa 80% aller Säuglinge gefunden, womit er vermutlich zu den ersten Bakterien gehört, die den Darm eines Neugeborenen besiedeln.

Ein ernsthaftes Problem stellt die hohe Verbreitung in Krankenhäusern dar. Bei 20% - 40% aller Patienten kann das Bakterium nachgewiesen werden und viele Patienten erfahren dort zudem eine Neubesiedlung mit C. difficile, jedoch ohne unmittelbar Symptome zu entwickeln. Es wird berichtet, dass die Häufigkeit und die Schwere der Infektionen mit C. difficile über die letzten Jahre zugenommen hat. Die sehr widerstandsfähigen Sporen, welche sich sogar resistent gegenüber vielen gängigen Desinfektionsmitteln auf Alkoholbasis zeigen, besitzen eine hohe Persistenz in Schmutz, Staub, auf Kleidung oder Böden. Dies trägt, zusammen mit der teils ungenügenden Hygiene in Krankenhäusern, zu einer schnellen Verbreitung unter den Patienten bei.

Problematisch wird diese hohe Verbreitungsrate dann, wenn man die Voraussetzungen für eine akute Infektion mit C. difficile betrachtet. Bei gesunden Menschen stellt eine natürliche Besiedlung des (Dick-)Darmes mit apathogenen Bakterien (intestinale Mikrobiota) einen Schutz vor anderen, schädlichen Bakterienarten dar. Durch Anpassung und Interaktion mit dem menschlichen Wirt kann diese Mikrobiota das Wachstum unerwünschter Keime in einem gewissen Rahmen einschränken. Zu unserer normalen intestinalen Mikrobiota gehören unter anderem Bakterien der Gattungen Bacteroides, Faecalibacterium oder Escherichia, sowie Clostridium-Arten, nicht jedoch Clostridium difficile.

Wird diese Mikrobiota durch die Einnahme von Antibiotika teilweise oder komplett abgetötet, können die Sporen von C. difficile in der anoxischen Umgebung des Dickdarms auskeimen und sich stark vermehren.

Auch wenn die Vermehrung nach Antibiotikaeinnahme die häufigste Ursache für eine akute Infektion ist, sind auch ältere oder immungeschwächte Patienten gefährdet. Zudem besteht bei Patienten die Protonenpumpeninhibitoren zur Regulation der Magensäure einnehmen, die Gefahr, dass das Bakterium nicht durch die Magensäure abgetötet wird und in den Darm gelangt.

In der Regel führt eine Infektion mit C. difficile zu einer schweren Diarrhoe und einer Entzündung des Colons. Gelangt das Bakterium über den Stuhl wieder in eine sauerstoffhaltige Umgebung, setzt aufgrund des Sauerstoff-Stresses unmittelbar die Sporulation ein. Nach Ausscheidung und Sporulation können die Sporen somit leicht durch den Patienten an andere Patienten, Personal oder diverse Oberflächen übertragen werden. In dieser akuten Krankheitsphase besteht die höchste Ansteckungs- und Verbreitungsgefahr.

Krankheiten & Beschwerden

Clostridium difficile kann unter bestimmten, zuvor beschriebenen Umständen eine spezifische Form der Darmentzündung hervorrufen (pseudomembranöse oder antibiotikaassoziierte Colitis). Zu den typischen Symptomen gehören dabei abrupt einsetzende Durchfälle, Fieber, Schmerzen im unteren Bauchbereich und mit der Diarrhoe einhergehende Dehydratation und Elektrolytmangel. In leichten Verlaufsformen treten breiig-flüssige Durchfälle auf, in schwereren Fällen kann es zur lebensbedrohlichen Entzündung und Anschwellen des gesamten Dickdarms (toxisches Megacolon), Darmperforationen oder Blutvergiftungen (Sepsis) kommen.

Für den Arzt ist es wichtig Clostridium difficile von anderen potentiellen Erregern abzugrenzen. Risikofaktoren wie das Alter, Immunsuppression, die Einnahme von Antibiotika, Protonenpumpeninhibitoren oder Entzündungshemmern dienen dabei als wichtige Indikatoren. Sie können zusammen mit mikrobiologischen Untersuchungen und dem Nachweis spezifischer, durch C. difficile produzierter Toxine eine Diagnose absichern.

Bei den Toxinen handelt es sich um zwei der Hauptvirulenzfaktoren von C. difficile: TcdA (Toxin A) und TcdB (Toxin B). Diese sind maßgeblich verantwortlich für die Schädigung des Darmgewebes, wobei es Stämme gibt, die kein Toxin A produzieren und dennoch zu schweren Krankheitsverläufen führen können. Zudem konnten Studien zeigen, dass Toxin B der relevantere Faktor ist und in seiner Wirkung durch Toxin A unterstützt wird.

Beide Toxine können in die Epithelzellen des Darmes eindringen und verändern dort sowohl wichtige Strukturproteine (Aktine) als auch Signalwege innerhalb der Zelle (verschiedene GTPasen, die an der Organisation des Aktinskelettes beteiligt sind). In Folge dessen verlieren die Zellen ihre ursprüngliche Form (Veränderung der Zellmorphologie) und wichtige interzelluläre Verbindungen (tight junctions) können zerstört werden. Dies führt zum Absterben der Zellen (Apoptose), zum Austreten von Flüssigkeit und ermöglicht es Toxinen oder Erregern in tiefere Gewebeschichten einzudringen und die Schleimhaut weiter zu schädigen. Die geschädigten Zellen bilden zusammen mit Zellen des Immunsystems und Fibrinen die typische Pseudomembran, welche in der endoskopischen Diagnostik als hinreichend eindeutige Identifikation einer C. difficile Infektion gelten kann.

Quellen

Ableitner, O.: Einführung in die Molekularbiologie. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2018
Dülligen, M., Kirov, A., Unverricht, H.: Hygiene und medizinische Mikrobiologie. Schattauer, Stuttgart 2016
Gries, O., Ly, T.: Infektologie - Kompendium humanpathogener Infektionskrankheiten und Erreger. Springer, Berlin 2019

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