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LAP Nr:7182647
 
CLIA-Akkreditierung
CLIA ID: 99D1030870
 
FDA-Registrierung
3002965587
 
Letzte Aktualisierung:
04.04.2012

Labordiagnostik von Infektionen mit Bordetellen

Neben B. pertussis – dem Erreger des Keuchhustens – gehören drei weitere Spezies: B. parapertussis, B. bronchiseptica und B. avium zum Genus der Bordetellen.  B. avium wurde bisher nur bei Vögeln gefunden und B. bronchiseptica führt zu respiratorischen Erkrankungen bei verschiedenen Tierspezies und wird in seltenen Fällen auch beim (abwehrgeschwächten) Menschen gefunden. Beim Menschen sind vor allem Infektionen mit B. pertussis und B. parapertussis von Bedeutung. 

Die typische Keuchhustenerkrankung verläuft in Stadien. Nach einer Inkubationszeit von 1-2 Wochen tritt zunächst das Stadium catarrhale auf. Es ist gekennzeichnet durch Symptome eines „grippalen Infektes“ und dauert 1-2 Wochen. Dem schließt sich das Stadium convulsivum an (Dauer 4-6 Wochen), welches durch den typischen anfallsweise auftretenden (Stakkato-) Husten gekennzeichnet ist. Dieser kann bis zum Erbrechen führen. Im Stadium decrementi (ohne antibiotische Behandlung 6-10 Wochen) klingen die Symptome allmählich ab. Vereinzelt können bei Säuglingen plötzliche Todesfälle auftreten. Bei teilimmunen Patienten (nach Impfung und bei Reinfektionen) treten i.d.R. leichtere Verläufe auf, die sich teilweise nur in Form eines hartnäckigen Hustens äußern. Infektionen mit B. parapertussis verursachen ein Pertussis-ähnliches Bild. Der Verlauf ist jedoch milder und in ca. 40% der Fälle asymptomatisch.

Erregernachweis

Der Erregernachweis ist die Methode der Wahl bei der frühen Diagnose einer Bordetellen-Infektion. Im Wesentlichen stehen zwei Methoden zur Wahl: Die Anzucht auf Kohle-Blutagar und der Nachweis der Erreger-DNA mittels Amplifikations­methode (in der Regel PCR).  Nachteil der Anzuchtmethode ist die relativ lange Dauer bis zur Befunderhebung mit bis zu sieben Tagen. Die PCR-Methode ist hier im Vorteil, da bei Anwendung einer sog. „real-time pcr“ Ergebnisse innerhalb 3-4 Stunden erstellt werden können. Bei entsprechender Konstruktion der PCR-Methode lassen sich B. pertussis und B. parapertussis in einem Ansatz nachweisen und unterscheiden (1). Geeignete Materialien sind Nasopharyngealabstriche (Spezialmedien!), wobei die Sensitivität bei tiefen Nasenabstrichen besser zu sein scheint als bei Rachenabstrichen. Proben können im Stadium catarrhale und im Stadium convulsivum gewonnen werden. Bei unbehandelten Patienten können Bordetellen noch mehrere Wochen nach Erkrankungsbeginn nachgewiesen werden. Da die PCR nicht zwischen vitalen und abgetöteten Bakterien unterscheidet, ist ein (weiterhin) positiver Abstrich  fünf Tage nach Beginn einer antibiotischen Therapie kein Hinweis auf eine weiterhin bestehende Infektiosität.

Serologie (Antikörperbestimmung)

In der serologischen Diagnostik der Pertussis-Infektion kommen heutzutage vor allem ELISA-Teste zum Einsatz. Daneben existieren noch indirekte Immunfluoreszenzteste (IFT) und Immunoblot-Verfahren (IB). Als geeignete Testantigene werden Pertussistoxin (PT), filamentöses Hämagglutinin (FHA) und Pertactin (PRN) verwendet. Auf PRN kann verzichtet werden, da es gegenüber FHA und PT keine zusätzliche Information liefert (2,3). FHA wird von allen Bordetellen gebildet, während PT nur von B. pertussis  gebildet wird. Die Bestimmung von Antikörpern gegen PT alleine weist eine nicht ausreichende Sensitivität auf. Kreuzreaktionen zwischen AK gegen H. influenzae und FHA werden nicht beobachtet (4).Dies hat Konsequenzen für die Diagnostik: Alle serologischen Pertussis-Testsysteme, die FHA in der Antigenmischung enthalten, können nicht zwischen einer Infektion mit B. pertussis und B. parapertussis unterscheiden, da Antiköper gegen FHA bei beiden Infektionen in gleichem Maße gebildet werden (3). Dies ist auch bei der Testung mittels IFT der Fall.Bei Primärinfektion (keine Impfung, keine vorausgegangene Infektion) werden Antikörper erst relativ spät (2-4 Wochen nach Erkrankungsbeginn) gebildet, deshalb sollte bei unauffälliger Serologie eine Verlaufskontrolle im Abstand von 2 Wochen erfolgen. Bei Reinfektionen (in der Regel im Jugend- bzw. Erwachsenenalter) sind Antikörper bereits nach 1-2 Wochen nachweisbar. Nach Impfung werden vor allem Antikörper der Klasse IgG und IgM gebildet, jedoch können auch IgA-Ak in geringeren Konzentrationen auftreten.  Der Nachweis von deutlich erhöhten IgA-Werten ist aber trotzdem ein Hinweis auf eine natürliche Infektion (Cave: IgA-Mangel ausschließen). IgA-Antikörper sind in der Regel mehrere Monate nach Infektion nachweisbar.

Bordetellen-Serologie im Labor Enders (Stand 1/2005)

Aus oben genannten Überlegungen haben wir uns entschlossen unsere Diagnostik für B. pertussis und B. parapertussis folgendermaßen zu modifizieren. Dies entspricht der in der Literatur empfohlenen „Referenzmethode“ (5).

- B. pertussis (Pertussistoxin)-IgG

- B. pertussis (Pertussistoxin)-IgA

- Bordetella (Filamentöses Hämagglutinin)-IgG

- Bordetella (Filamentöses Hämagglutinin)-IgA

Die Testsysteme wurden mittels Referenzserum der Food and Drug Administration (FDA) kalibriert. Die Nachweisgrenze für alle vier Teste liegt bei 2 (FDA)Units/ml. Zur Abgrenzung einer (Re-) Infektion von den in der Bevölkerung vorhandenen Durchseuchungstitern haben sich altersabhängige Obergrenzen (Wirsing von König) bewährt.

Altersabhängige Obergrenzen der Referenzbereiche (U/ml)

 
1. LJ 
2.-5. LJ 
6.-11. LJ 
>11. LJ 
Anti-PT-IgG 
<38 
<26 
<22 
<38 
Anti-PT-IgA 
<2 
<2 
<6 
<12 
Anti-FHA-IgG 
<38 
<30 
<56 
<86 
Anti-FHA-IgA 
<2 
<2 
<18 
<42 

Abgrenzung B. pertussis von B. parapertussis

Abgrenzung B. pertussis von B. parapertussis

Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine serologische Abtrennung zwischen beiden Infektionen mit kommerziellen Tests (enthalten immer FHA) nicht möglich (3). Ausnahme bildet hier der Immunoblot, der in der Regel eine PT- und eine FHA-Bande hat. Der Nachteil des IB ist, dass eine quantitative Bestimmung der Immunantwort gegen diese Einzelantigene nicht möglich ist. 

Mit der o.g. Kombination von Testen ist sowohl eine Antigen-spezifische als auch eine quantitative Immunantwort messbar. Es lässt sich deshalb bei gewissen Konstellationen auch eine Infektion mit B. parapertussis nachweisen:

 

1. FHA-Antikörper (IgG, IgA) unter den o.g. altersabhängigen Obergrenzen sprechen gegen eine Infektion mit B.parapertussis (verzögerte Antikörperbildung beachten!)

2. FHA-Antikörper (IgG, IgA) oberhalb der altersabhängigen Obergrenzen bei gleichzeitigem Fehlen von PT-IgA-Antikörpern und negativen bzw. schwach-positiven PT-IgG-AK sprechen für eine Infektion mit B. parapertussis. (Cave: Bei einer Pertussis-Infektion können zunächst nur FHA-AK nachweisbar sein. Der Verdacht einer B. parapertussis-Infektion sollte dann durch eine Verlaufskontrolle bestätigt werden.)

 

Im Einzelfall ist der serologische Nachweis einer B. parapertussis-Infektion sinnvoll, z.B. dann wenn Infektketten abgeklärt werden sollen oder wenn der V. a. einen primären oder sekundären Impfversager besteht. Überraschenderweise schützt die Pertussis-Impfung nicht vor einer Infektion mit B. parapertussis (6). Besteht z.B. nach kompletter Grundimmunisierung der klinische Verdacht eines Keuchhustens, könnte durch eine Pertussis-Antikörperbestimmung mit Mischantigen (s.o.) fälschlicherweise auf Keuchhusten geschlossen werden, obwohl es sich in Wirklichkeit um B. parapertussis handelt.

Immunität nach Impfung

Eine Aussage zur Immunität nach Keuchhusten-Impfung ist schwierig, da es keine allgemein anerkannten „Schutzwerte“ gibt, wie sie z.B. für Diphtherie, Tetanus, Polio, Hepatitis A, Hepatitis B und Röteln existieren. Die Immunität bei Pertussis ist komplex und erfordert zumindest das Vorhandensein von Antikörpern gegen PT und gegen FHA. Diese (und teilweise noch weitere) Antigene sind in den momentan verfügbaren azellulären Keuchhustenimpfstoffen enthalten. Allerdings ist die primäre Immunantwort gegen die Einzelantigene sehr vom verwendeten Impfstoff abhängig. Zur Bestimmung der Immunantwort nach Impfung sollte die Antikörperbildung gegen die Einzelantigene separat bestimmt werden. Für diese Fragestellung sind herkömmliche Pertussis-Kits nicht immer geeignet (5), da die Nachweisgrenzen dieser Tests bei 2-5 (FDA) Units/ml liegen sollten.

Nach der 3. Impfung werden je nach verwendetem Impfstoff durchschnittlich zwischen 50 und 100 Units/ml (PT und FHA) gemessen (7,8). Diese Antikörper fallen jedoch rasch ab. Nach natürlicher Infektion haben in den ersten 5 Monaten 100% der Patienten PT-AK-Werte >50 Units/ml, bis zu einem Jahr sind es noch 60%, nach 2 Jahren noch 30%, nach 3 Jahren noch 14% und nach 4-7 Jahren 0% (9). 88% haben zu diesem Zeitpunkt weniger als 20 Units/ml.

 

Zusammenfassung

- Zur Abklärung eines akuten Keuchhustenverdachtes ist der Erregernachweis (mittels PCR) die Methode der Wahl

- Antikörperbestimmungen sind im Verlauf der Erkrankung sinnvoll (1-4 Wochen nach Erkrankungsbeginn). Eine initial negative Serologie sollte nach zwei Wochen kontrolliert werden.

- Eine negative Serologie (FHA) schließt eine Infektion mit B. parapertussis ebenfalls aus.

- Eine Aussage zur Immunität nach länger zurückliegender Impfung ist häufig nicht möglich, da allgemein akzeptierte Grenzen fehlen.

 

 

Dr. med. Friedemann Tewald   Dipl. biol. Marion Biber   Prof. Dr. med. Gisela Enders

Literatur:

1. Schmid M, Schalasta G, Enders G. Detection of Bordetella pertussis and Bordetella parapertussis in clinical specimens by a semiautomated PCR-ELISA. Clin.Lab. 1996 (42) 955-959

2. Trollfors B, Lagergard T, Gunnarsson E, Taranger J. Determination of pertactin IgG antibodies for the diagnosis of pertussis. Clin Microbiol Infect. 2003 Jul;9(7):585-9.

3. Bergfors E, Trollfors B, Taranger J, Lagergard T, Sundh V, Zackrisson G. Parapertussis and pertussis: differences and similarities in incidence, clinical course, and antibody responses. Int J Infect Dis. 1999 Spring;3(3):140-6.

4. Trollfors, B; Burman L; Lagergard T; Leinonen M; Taranger J; No Cross.reactivity with filamentous Hemagglutinin of Bordetella pertussis in Sera from Patients with nontypable Haemophilus influenzae Pneumonia; Pediatr Infect Dis J. 1996 Jun;15(6):558-9.

5. Kosters K, Riffelmann M, Dohrn B, von Konig CH. Comparison of five commercial enzyme-linked immunosorbent assays for detection of antibodies to Bordetella pertussis. Clin Diagn Lab Immunol. 2000 May;7(3):422-6.

6. Mastrantonio P, Stefanelli P, Giuliano M, Herrera Rojas Y, Ciofi degli Atti M, Anemona A, Tozzi AE. Bordetella parapertussis infection in children: epidemiology, clinical symptoms, and molecular characteristics of isolates. J Clin Microbiol. 1998 Apr;36(4):999-1002

7. Schmitt HJ, Wirsing von Konig CH, Zepp F, Huff J, Jahn K, Schmidtke P, Meyer C, Habermehl P, Uhlenbusch R, Angersbach P. Immunogenicity and reactogenicity of HbOC vaccine administered simultaneously with acellular pertussis vaccine (DTaP) into either arms or thighs of infants.Infection. 1997 Sep-Oct;25(5):298-302

8. Gustafsson L, Hallander HO, Olin P, Reizenstein E, Storsaeter J.  A controlled trial of a two-component acellular, a five-component acellular, and a whole-cell pertussis vaccine. N Engl J Med. 1996 Feb 8;334(6):349-55.

9. de Melker HE, Versteegh FG, Conyn-Van Spaendonck MA, Elvers LH, Berbers GA, van Der Zee A, Schellekens JF. Specificity and sensitivity of high levels of immunoglobulin G antibodies against pertussis toxin in a single serum sample for diagnosis of infection with Bordetella pertussis. J Clin Microbiol. 2000 Feb;38(2):800-6.

 

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Übersicht:

Labordiagnostik von Infektionen mit Bordetellen
Erregernachweis
Serologie (Antikörperbestimmung)
Bordetellen-Serologie im Labor Enders (Stand 1/2005)
Altersabhängige Obergrenzen der Referenzbereiche (U/ml)
Abgrenzung B. pertussis von B. parapertussis
Immunität nach Impfung
Zusammenfassung
Literatur: