key: cord-015933-x5cq4k4x authors: Verbrugh, H.A.; Kroes, A.C.M.; Sauerwein, R.W. title: 1 Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes date: 2011 journal: Microbiologie en infectieziekten DOI: 10.1007/978-90-313-7944-6_1 sha: doc_id: 15933 cord_uid: x5cq4k4x Infectieziekten zijn te beschouwen als een aparte groep ziekten van de mens. Steeds gaat het om ziekten die het gevolg zijn van een interactie tussen de mens en een ander biologisch agens: een micro-organisme. 1 Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes H.A. Verbrugh, A.C.M. Kroes en R.W. Sauerwein Infectieziekten zijn te beschouwen als een aparte groep ziekten van de mens. Steeds gaat het om ziekten die het gevolg zijn van een interactie tussen de mens en een ander biologisch agens: een micro-organisme. Bij een infectieziekte is er sprake van een bepaalde vorm van interactie waarbij schade optreedt voor de mens. Verreweg de meeste interacties tussen mensen en micro-organismen zijn echter niet schadelijk voor de mens. Infectieziekten behoren tot de meest prevalente aandoeningen van de mens en op mondiaal niveau zijn ze nog steeds de belangrijkste oorzaak van sterfte. Daarom is het voor het onderwijs in de geneeskunde van groot belang infectieziekten als een aparte groep ziekten te beschouwen met een unieke etiologie, epidemiologie, pathogenese, diagnostiek, behandeling en preventie. Infecties komen op alle leeftijden voor en kunnen alle organen en weefsels van het lichaam treffen. Infectieziekten zijn daardoor een belangrijk paradigma in de geneeskunde. Hoewel Girolamo Fracastoro uit Verona al in 1546 ziekten toeschreef aan overdraagbare, onzichtbare kiemen (seminaria) en Antonie van Leeuwenhoek in 1677 meldde dat hij met zijn microscopen 'kleijne diertgens' in regenwater kon waarnemen, heeft het tot de tweede helft van de negentiende eeuw geduurd voordat de microbiologie zich als wetenschap ontplooide en de basis legde voor de infectieziektenleer. Vooral in de periode van 1875 tot 1910 legden wetenschappers als Klebs, Pasteur en Koch het causale verband tussen micro-organismen en het voorkomen van (infectie)ziekten bij mensen, dieren en planten. Ook tegenwoordig breidt de wetenschappelijke kennis over de relatie tussen micro-organismen en ziekte bij de mens zich nog uit, mede dankzij de ontwikkelingen op het terrein van de (elektronen)microscopie, de moleculaire microbiologie, de immunologie en de genetische aspecten van de gast-gastheerrelatie tussen de mens en de hem omringende microbiële wereld. De ontdekking van microbiële verwekkers van ziekten bij de mens gaat voorlopig door. Bovendien duiken met enige regelmaat geheel nieuwe infectie-ziekten op, zoals aids, of blijken reeds bekende microorganismen nieuwe eigenschappen te ontwikkelen, zoals resistentie tegen antibiotica. In dit hoofdstuk worden de belangrijkste algemene aspecten van het vakgebied medische microbiologie en infectieziekten behandeld; zij dienen als referentie voor de volgende hoofdstukken, die meer in detail de belangrijkste groepen infectieziekten voor het voetlicht brengen. Het 'kleine leven' (mikro-bioB) dat met behulp van de microbiologie wordt bestudeerd, omvat een groot aantal levensvormen; slechts enkele hiervan vallen binnen het bestek van dit leerboek. De selectie wordt bepaald door hun belang voor de medicus, c.q. de opleiding tot basisarts. De voor deze bespreking belangrijkste klassen van voor de mens pathogene micro-organismen zijn de bacteriën, de virussen, de fungi (gisten en schimmels) en de parasieten. Micro-organismen zijn de oudste levensvorm op aarde. Restanten van bacteriën zijn teruggevonden als fossielen van 3,5 miljard jaar oud. Micro-organismen komen overal in de natuur voor (in de grond, in water en in de lucht), zij zijn ubiquitair (zeer wijd verspreid voorkomend) en vormen het grootste deel van de biomassa op aarde. De plaats van micro-organismen in de evolutie van de levende natuur is lange tijd onzeker geweest. Dankzij de analyse van het genetisch materiaal van de verschillende levensvormen is men echter in de jaren tachtig gekomen tot een nieuwe schets van de evolutie die gebaseerd is op de mate van genetische verwantschappen. Hiertoe heeft men gebruikgemaakt van de 'sequencing'-techniek, waarmee de exacte basenvolgorde van DNA-en RNA-moleculen kan worden bepaald. Het sequensen van de kleine subeenheid van ribosomaal RNA (smal subunit ribosomal RNA [SSU-rRNA]) van uit-eenlopende organismen heeft een nieuwe universele kaart van de evolutie, een fylogenetische stamboom, opgeleverd (figuur 1.1). Het SSU-rRNA is hiervoor geschikt gebleken, omdat het als onderdeel van de ribosomen in alle vrij levende organismen aanwezig is, en omdat het zowel sequenties herbergt die in evolutionaire termen zeer stabiel zijn, als sequenties die in de loop van de tijd wel aan mutaties onderhevig zijn geweest. Daarmee is het SSU-rRNA een goede 'evolutionaire klok', aan de hand waarvan men organismen in de tijd en ten opzichte van elkaar kan indelen (figuur 1.2). Zoals gezegd onderscheidt de fylogenetische stamboom drie hoofddomeinen, die van de Bacteria, die van de Archaea (een bijzondere groep bacteriën) en die van de Eucarya. Tot dit laatste domein behoren de dieren (inclusief mens, parasieten en gisten en schimmels), de planten en de fungi. Voor een deel worden met deze genetisch bepaalde indeling de eerder op grond van fenotypische (uiterlijke) kenmerken vermoede relaties bevestigd. Cellen van Eucarya zijn doorgaans groter dan die van Bacteria en Archaea; zij bezitten een duidelijke kern met meerdere chromosomen, omgeven door een kernmembraan (= eukaryoot), terwijl cellen van Bacteria en Archaea slechts over één, circulair gesloten, chromosoom beschikken dat vrij in de cel ligt (prokaryoot). Virussen vormen een geheel aparte groep biologische agentia die ziekte bij de mens kunnen veroorzaken; hun meest karakteristieke eigenschap is dat zij voor hun vermeerdering afhankelijk zijn van levende gastheercellen. Virussen dienen daarom niet beschouwd te worden als een zelfstandige levensvorm en zijn dus strikt genomen ook geen micro-organismen. Virussen infecteren cellen van alle drie de domeinen van het leven, de Eucarya, de Bacteria en de Archaea. Ze zijn kleiner dan bacteriën (niet zichtbaar onder de lichtmicroscoop) en bevatten alleen DNA of alleen RNA als drager van hun genetische informatie (figuur 1.3). Hoewel virussen een eigen evolutie hebben, zijn de wijze en het tijdstip waarop virussen in de loop van de evolutie zijn ontstaan onzeker. Virussen zijn waarschijnlijk al vroeg in de evolutie ontstaan, omdat er overeenkomsten zijn tussen virussen die zich in eukaryoten, bacteriën of Archaea repliceren. Een vroeg ontstaan verklaart ook waarom virale eiwitten weinig overeenkomsten vertonen met eiwitten uit levende cellen. Wellicht zijn het degeneratieve vormen van bacteriën of eukaryote cellen, of zijn het verzelfstandigde onderdelen van cellulair DNA of RNA. Het is immers in vele gevallen gebleken dat inbouw van virus-DNA in het chromosoom van een gastheercel ook weer mogelijk is. Ten slotte wordt vermoed dat sommige virussen de novo zijn ontstaan uit primitieve RNA-moleculen. Virussen hebben mogelijk een belangrijke rol gespeeld bij grote veranderingen in de evolutie van levende cellen, zoals het ontstaan van DNA en DNA-replicatiemechanismen. De belangrijkste eigenschappen die het mogelijk maken deze verschillende vormen van pathogene microorganismen van elkaar te onderscheiden, zijn in tabel 1.1 samengevat. Niet in tabel 1.1 opgenomen zijn de prionen. Prionen zijn bijzondere eiwitstructuren die geen nucleïnezuur bevatten en in geaggregeerde vorm worden gevonden in de hersenen van mensen en dieren die lijden aan een bijzondere vorm van degeneratie van het hersenweefsel (o.a. koeroe en gekkekoeienziekte). Prionen ontstaan uit het cellulaire voorlopereiwit, Prion Protein (PrP) genoemd, door een onomkeerbare verandering in de driedimensionale structuur van PrP. Deze overgang van PrP naar prionen kan spontaan geschieden of geïnduceerd worden door het binnen krijgen van prionen uit een met prionen besmette bron (bijv. het eten van hersenen of ander zenuwweefsel van koeien die lijden aan gekkekoeienziekte). Prionen zijn dus besmettelijk, zij kunnen de ziekte overdragen. De wijze waarop prionen de structuurverandering van normaal PrP induceren en daarmee vermeerdering van prionen teweegbrengen, betreft een specifieke moleculaire interactie tussen prionen en PrP, waarbij ook kleine, genetisch bepaalde verschillen in PrP een rol spelen. Prionen zijn zeer resistent tegen afbraak, wat de oorzaak is van een stapeling die na verloop van een vrij lange tijd (vaak jaren) progressieve ziekteverschijnselen veroorzaakt. Het voorlopereiwit PrP wordt gecodeerd door een gen (Prnp) dat aanwezig is in het genoom van alle zoogdieren, vogels en vissen. Prnp wordt vooral in zenuw-en lymfeklierweefsel tot expressie gebracht. De biologische betekenis van PrP is grotendeels onbekend. Soortgelijke eiwitten worden ook gevonden bij lagere eukaryote cellen zoals gisten en schimmels, maar experimenteel blijkt PrP ook gemist te kunnen worden zonder te leiden tot de dood van deze cellen. Bij de evolutie van de organismen in de drie genoemde domeinen betreft het geen strikt van elkaar gescheiden processen. Zo is het vrijwel zeker dat mitochondriën in dierlijke cellen en de chloroplasten in de fotosynthetische cellen van planten van origine bacteriën zijn geweest die in de evolutie een permanente relatie met een andere levensvorm, de vooroudercel van de Eucarya, zijn aangegaan (een proces dat als endosymbiogenese wordt aangeduid). Mitochondriën bevatten hun eigen DNA, repliceren zelfstandig en worden alleen van moederszijde, via de eicel, aan de kinderen overgedragen. Dergelijke endosymbiontische relaties tussen bacteriën en eukaryote cellen zijn ook later in de evolutie ontstaan en hebben obligaat intracellulair groeiende bacteriesoorten opgeleverd zoals de Chlamydiae en de Rickettsiae. Deze intracellulair levende bacteriën blijken ook genen van hun eukaryote gastheer te kunnen overnemen en in te bouwen in het bacteriële genoom, een proces dat laterale genoverdracht wordt genoemd. Andersom blijken genen van intracellulair levende bacteriën, zoals Wolbachia pipientis, te kunnen worden overgenomen in het genoom van hun eukaryote gastheren, in dit geval van fruitvliegjes en bepaalde rondwormen (microfilaria). Bacteriën hebben naast hun chromosoom vaak ook kleine, circulair gesloten DNA-moleculen die zich zelfstandig in het cytoplasma handhaven en repliceren; dergelijke stukjes extrachromosomaal DNA worden plasmiden genoemd. Plasmiden kunnen de genetische informatie voor belangrijke eigenschappen als resistentie tegen antibiotica herbergen. In de voortgaande evolutie verandert het genetisch materiaal van micro-organismen op diverse wijzen. Onderscheid wordt gemaakt in wijzigingen c.q. mutaties in de nucleotidensequenties van reeds aanwezige genen, en in de acquisitie van gensequenties van buiten het micro-organisme, dat wil zeggen de overdracht van genetische informatie van het ene micro-organisme naar het andere (tabel 1.2). Mutaties van genen in bacteriën treden in de natuur spontaan op. De frequentie van mutatie is relatief laag (circa eenmaal/miljoen cellen voor een willekeurig gen). Deze mutaties zijn het gevolg van foutjes die optreden bij het aflezen en repliceren van genen. Deze foutjes kunnen leiden tot de vervanging van een nucleotide door een ander, substitutie genoemd, of tot het verlies van een of meer nucleotiden van de gensequentie, (micro)deleties genoemd, of tot toevoegingen van een of meer nucleotiden, (micro-)inserties genoemd. Ook bij het herstel van genen na een beschadiging kunnen dergelijke foutjes c.q. mutaties in het genetisch materiaal ontstaan. De mutatiefrequentie in een populatie microorganismen neemt dan ook significant toe na blootstelling aan fysisch-chemische agentia die DNA-structuren beschadigen (bijv. hitte, uv-straling, blootstelling aan zuurstofradicalen of alkylerende stoffen). Mutaties in een gensequentie hoeven geen gevolgen te hebben voor de samenstelling of het functioneren van de door het gen gecodeerde eiwit. In dat geval spreekt men van silent mutations. Anderzijds kan een enkele verandering van een nucleotide in de gensequentie, een puntmutatie, soms al leiden tot een verandering in de opbouw van een eiwit, zodanig dat het niet meer functioneert. Naarmate er grotere delen van het gen muteren, wordt de kans op veranderingen in de eiwitten uiteraard groter. Er ontstaan dan kortere of juist langere eiwitten, of er treden veranderingen op in de driedimensionale structuur. Soms wordt het aflezen van het gen zodanig belemmerd dat eiwitten in het geheel niet meer worden aangemaakt. Op deze wijze leiden genmutaties tot veranderingen in de eigenschappen van micro-organismen. Het fenotype verandert als gevolg van verandering in het genotype. Naast deze replicatie-en herstelfouten kunnen microorganismen ook genetisch materiaal uit hun omgeving opnemen. De Engelse microbioloog Griffith ontdekte in 1928 dat bacteriën van de soort Streptococcus pneumoniae een bepaalde eigenschap aan elkaar konden doorgeven: zij waren in staat een polysacharidekapsel buitenom de celwand te vormen, waardoor zij een sterker ziekmakend vermogen kregen. Enkele Amerikaanse onderzoekers stelden in 1944 vast dat het DNA van de bacterie verantwoordelijk was voor de overdracht van deze eigenschap. Het aangeboden vrije DNA werd niet alleen opgenomen in de bacterie, maar ook ingebouwd in het chromosoom (recombinatie). Dit proces van opname en recombinatie van vrij DNA uit de omgeving staat bekend onder het begrip transformatie. Overigens was DNA als materiaal uit de celkern al in 1896 ontdekt. Later zijn twee andere mechanismen voor de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën ontdekt, de conjugatie en de transductie (tabel 1.2). Bij conjugatie treedt overdracht van DNA op tijdens direct contact tussen een donor-en een acceptorcel. Cel-celcontact is strikt noodzakelijk voor conjugatieve overdracht van DNA, en wordt gerealiseerd door de vorming van conjugatiebruggen (bij gramnegatieve bacteriën ook wel sex pili genoemd). Conjugatie beperkt zich meestal tot de overdracht van plasmiden. Bij het fenomeen van transductie zijn virussen betrokken die de bacteriecel als gastheer hebben. Deze bacterievirussen worden ook wel bacteriofagen genoemd. Bacteriofagen vermenigvuldigen zich ten koste van de gastheercel, waarbij nieuwe, complete virusdeeltjes worden geassembleerd uit gerepliceerd faag-DNA en gevormde manteleiwitten. Foutjes bij dit assemblageproces leiden af en toe tot de inbouw van fragmenten van het gastheer-DNA in plaats van faag-DNA. Er komen dan faagdeeltjes vrij die afwijkend zijn van inhoud, maar niet van uiterlijk. Deze faagdeeltjes kunnen zich dan ook aan nieuwe bacteriecellen hechten en hun inhoud (chromosomaal DNAfragment van de vorige gastheercel) in die nieuwe gastheercellen injecteren. Het zo overgedragen DNA wordt Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes vervolgens ingebouwd in het chromosoom van de nieuwe gastheercel (recombinatie). Men heeft uitgerekend dat ongeveer een op de tienduizend gevormde bacteriofagen een transducerende faag is. Aangezien bacteriofagen, net als andere virussen, gastheerspecifiek zijn, draagt transductie vooral bij tot de overdracht van genen tussen bacteriën binnen een bepaalde bacteriesoort of enkele nauw verwante bacteriesoorten. Voor de evolutie van micro-organismen zijn bovengenoemde vormen van genenoverdracht van groot belang. Zij verhogen in sterke mate de overlevingskansen van micro-organismen, omdat zij niet alleen afhankelijk zijn van mutaties in het eigen genoom om nieuwe eigenschappen te verwerven. De genetische flexibiliteit van micro-organismen is in de jaren zeventig verder opgehelderd door de ontdekking van insertiesequenties en van transposons. Dit zijn stukjes lineair DNA die zichzelf repliceren en waarvan de replicons zich gemakkelijk kunnen verplaatsen van het ene DNA-molecuul naar het andere, van het chromosoom naar een plasmide en vice versa. Zij maken zelf de enzymen die nodig zijn voor de recombinatie. Deze 'springerige' stukjes DNA heten insertiesequenties, en als ze additionele informatie (genen) bevatten voor bepaalde eigenschappen, worden ze transposons genoemd (figuur 1.4). Als laatste genetische structuur betrokken bij de evolutie van bacteriën moeten de integronen worden genoemd. Dit zijn plaatsen op het chromosoom (of plasmide) waar nieuw DNA in de vorm van gencassettes kan worden geïntegreerd en vervolgens afgelezen; integronen bezitten een integrase-gen, een receptorplaats en een promotor (figuur 1.5). De gencassettes zijn korte (500-1000 basenparen), vrije stukjes DNA die niet zelfstandig kunnen repliceren, maar die wel op de insertieplaats van integronen kunnen worden ingebouwd en dan kunnen worden afgelezen dankzij de promotor van het integron. Genen die coderen voor resistentie tegen antibiotica, blijken vaak op een dergelijke wijze te zijn ingebouwd in het genetische materiaal van bacteriën. Gencassettes kunnen ook weer uit integronen verdwijnen. Het DNA en RNA van virussen is evenzeer onderhevig aan veranderingen ten gevolge van mutaties bij de vermeerdering in de gastheercel. Zowel DNA-als RNA-virussen ondergaan spontane mutaties tijdens de replicatie. De mutatiefrequentie is in RNA-virussen gewoonlijk veel hoger (10 3 tot 10 6 ) dan in DNA-virussen (10 8 tot 10 11 ). De belangrijkste oorzaak voor dit verschil berust bij de verschillen in de wijze van replicatie tussen DNAen RNA-virussen. DNA-virussen gebruiken veelal een DNA-replicatiemechanisme vergelijkbaar met de gastheercel om het virale genoom te vermenigvuldigen. Tijdens dat replicatieproces wordt het nieuw gevormde DNA gecontroleerd en worden eventuele fouten gecorrigeerd (proofreading mechanism). Een dergelijk controlemechanisme ontbreekt bij de replicatie van RNA, zodat de mutatiefrequentie bij RNA-virussen veel hoger ligt. Ook sommige animale DNA-virussen vertonen een hogere mutatiefrequentie, omdat zij gebruikmaken van een DNA-polymerase, waarbij proofreading ontbreekt. Het resultaat is dat vooral RNA-virussen van nature voorkomen als heterogene populaties die bestaan uit vele virusvarianten, een fenomeen dat ook wel quasi-species wordt genoemd. Men moet zich realiseren dat de replicatie van virussen in de regel zeer snel verloopt. In één gastheercel waar bijvoorbeeld adenovirus binnendringt, ontstaan binnen 48 uur honderdduizenden nieuwe viruspartikels. Deze genetische plasticiteit is van groot voordeel bij veranderingen in de gastheercel. Zij passen zich dan gemakkelijk aan. Indien verschillende virussen gelijktijdig in een gastheercel worden gerepliceerd, kunnen soms nieuwe varianten ontstaan ten gevolge van recombinatie of herrangschikkingen (reassortment) van het aanwezige genetische materiaal. Bij DNA-virussen treedt recombinatie op als gevolg van het fysiek breken en weer aan elkaar 'plakken' van DNA-moleculen (van verschillende oudervirussen) op plaatsen van sequentiehomologie, een vorm van recombinatie die men ook bij bacteriën en hogere organismen aantreft. Recombinatie treedt ook Beide processen, recombinatie en herrangschikking, zijn cruciaal in de evolutie van virussen. Zij leiden tot significante stappen in de ontwikkeling van virussen en leveren veel sneller evolutionair 'voordeel' op dan met alleen de mutaties van het genoom kan worden bereikt. Het influenzavirus is een goed voorbeeld van de gevolgen van antigene variatie ten gevolge van mutaties en van gen-herrangschikkingen. Dit RNA-virus is door genmutaties in staat zijn oppervlakte-eiwitten steeds zodanig te veranderen, dat ze niet goed meer herkend worden door het menselijke immuunapparaat. Het gevolg is dat eerder gegeven immunisatie tegen influenza niet afdoende meer beschermt tegen de nieuwe variant. Deze cyclus herhaalt zich elk jaar en leidt dus elk jaar tot aanpassingen in het influenzavaccin. Af en toe ontstaat een geheel nieuw influenzavirus als gevolg van genherrangschikking tussen humaan influenzavirus en influenzavirus afkomstig uit een dier (varken of vogel). Voor het dan opduikende nieuwe influenzavirus bestaat weinig of geen immuniteit onder de wereldbevolking, wat een wereldwijde epidemie (pandemie) van influenza kan opleveren. Naast veranderingen in het genetisch materiaal van micro-organismen bestaat ook het fenomeen van de fenotypische variabiliteit. De op het chromosoom of op de plasmiden gelegen genen zijn voor hun expressie immers afhankelijk van transcriptie en translatie in genproducten. Deze expressie is afhankelijk van allerlei fysisch-chemische omstandigheden waaronder de cel verkeert. Zo produceert Escherichia coli een ijzerbindend eiwit (siderofoor) en brengt het een receptor voor de siderofoor tot expressie wanneer de concentratie van vrij beschikbaar ijzer te laag wordt; daardoor kan de bacterie het schaarse ijzer in zijn omgeving binden en weer naar binnen halen. Alle bovengenoemde mechanismen zorgen ervoor dat pathogene micro-organismen zich in korte tijd kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving. Daardoor kunnen zij ontsnappen aan de effecten van bijvoorbeeld antimicrobiële middelen en die van de immuunrespons van de mens, zoals in de volgende hoofdstukken zal blijken. Door het continue proces van genetische verandering in de tijd zijn binnen één soort micro-organisme vrijwel altijd diverse typen te onderscheiden. Hoewel alle micro-organismen van één soort nauwer met elkaar verwant zijn dan met micro-organismen van een andere soort, is er toch sprake van enige genetische diversiteit binnen de grenzen van de soort. Micro-organismen binnen een soort die genetisch identiek of vrijwel identiek zijn, noemt men een stam of kloon; het zijn afstammelingen van een en dezelfde (recente) voorloper. Binnen een soort zijn meestal meerdere groepen van verwante klonen te onderscheiden, die men in de Engelstalige literatuur ook wel aanduidt met de term lineages (ook wel: clade, clan of nageslacht). Tot voor kort maakte men gebruik van fenotypische kenmerken om onderscheid te maken binnen de soort. Veelgebruikte fenotypische methoden zijn serotypering, biotypering en typering op basis van antibioticagevoeligheid (zie verder in dit hoofdstuk). De relatie tussen het fenotype en het genetische type (genotype) is echter onvolledig, zoals uit het hiervóór genoemde voorbeeld van de transformatie van pneumokokkenkapseltype blijkt; een pneumokok kan alleen van kapseltype veranderen, een kleine mutatie in zijn overigens onveranderde genetische make-up. Klonaliteit is dan ook niet goed vast te stellen aan de hand van alleen fenotypische kenmerken. Het begrip klonaliteit is van groot belang waar het gaat om de tracering van micro-organismen in het kader van uitbraken en epidemieën. Men wil dan immers weten of patiënten besmet zijn geraakt met hetzelfde micro-organisme uit één of uit meer bronnen. Het is in het kader van infectieziekten bovendien zo, dat niet alle klonen binnen één soort even grote kansen hebben om mensen ziek te maken. Vaak beschikt maar een fractie van alle int I att I qacE∆1 suL1 orf 5 orf 6 5'-conserved region 3'-conserved region Figuur 1.5 Structuur van klasse-1-integronen. IntI = integrase-gen (inclusief promotor); attI = insertieplaats voor gencassette; qacED1 = resistentie tegen detergentia; sul1 = resistentie tegen sulfonamiden; orf 5 en orf 6 coderen voor eiwitten met onbekende functie. klonen binnen een pathogenensoort over alle eigenschappen (= genetische informatie) die nodig zijn om ziekte bij de mens te veroorzaken (tabel 1.3). Dit duidt er dus tevens op dat een micro-organisme over een complex geheel van genetische eigenschappen moet beschikken, wil het pathogene betekenis voor de mens krijgen; dergelijke eigenschappen worden ook wel virulentiefactoren genoemd. In deze paragraaf worden de belangrijkste structurele kenmerken, de geordende indeling en de naamgeving (= taxonomie) van pathogene micro-organismen besproken, en ook enkele relevante fysiologische aspecten. Bij de indeling van organismen wordt gebruikgemaakt van een hiërarchisch systeem waarin de soort (= species) de basiseenheid is. Verwante species worden een niveau hoger samengevoegd tot een geslacht (= genus) en verwante geslachten weer een niveau hoger tot een familie. Virussen zijn in staat levende cellen binnen te dringen op een specifieke wijze. Daarna vindt met behulp van het gastheermetabolisme synthese plaats van virale eiwitten, zowel van virale enzymen als structurele eiwitten, en replicatie van het virale nucleïnezuur. Binnen de cel vormen zich vervolgens nieuwe viruspartikels, door een proces van spontane assemblage op basis van de interacties tussen de componenten. Deze viruspartikels kunnen de cel verlaten door een deel van de celmembraan of een membraan van een cellulair organel af te snoeren (budding), waardoor het virus zijn envelop verkrijgt. Dit proces wordt bepaald door interacties tussen virale eiwitten die in de celmembraan zijn ingebracht en de nucleocapside die zich vormt in de cel. Als alternatief kunnen viruspartikels simpelweg vrijkomen wanneer de geïnfecteerde gastheercel, waarvan de functie over het algemeen immers sterk zal zijn verstoord, doodgaat en uiteenvalt. Virussen zonder envelop komen in de regel door dergelijke lysis van de gastheercel vrij na assemblage van hun nucleocapsidecomplex in het cytosol. In figuur 1.8 zijn de opeenvolgende stadia van de virale replicatiecyclus weergegeven. Alle virussen dienen zich eerst te hechten aan het oppervlak van een geschikte gastheercel (adsorptie), daarin binnen te dringen (penetratie) en vervolgens het virusgenoom uit te pakken zodat het kan worden afgelezen (ontmanteling). Zoals alle pathogene micro-organismen, kunnen virussen de geschikte gastheercel via allerlei routes bereiken: inhalatie, ingestie, seksueel contact, directe inoculatie in het weefsel (via trauma, insectenbeten e.d.), huidcontact, maar ook via de placenta naar de foetus. Zowel op het niveau van de gastheersoort (speciesspecificiteit) als van het celtype (weefselspecificiteit) zijn er belangrijke restricties: virussen kunnen zich doorgaans maar in een zeer beperkt aantal soorten cellen van een beperkt aantal gastheren vermenigvuldigen of handhaven. De adsorptie van virionen aan gastheercellen vindt meestal plaats aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel, waarvoor er liganden zijn in de envelop of de capside van het virion. Zo hecht influenzavirus met behulp van velop kunnen soms ook eenvoudig de membraan passeren (translocatie). Ontmanteling van het virusgenoom vindt veelal plaats in het cytoplasma of in een fagolysosoom, bij sommige DNA-virussen pas nadat zij in de kern van de gastheercel zijn aangekomen. De wijze waarop bij een virusinfectie vanaf het coderende nucleïnezuur virusspecifieke mRNA-moleculen worden gevormd ten behoeve van de virale eiwitsynthese, is verschillend voor de al genoemde vormen waarin een virusgenoom kan voorkomen. In figuur 1.9 is weergegeven hoe dit centrale proces in de replicatiecyclus kan verlopen met behulp van viraal gecodeerde enzymen en/of gastheerenzymen bij verschillende voorbeelden van virusfamilies. De eiwitsynthese die daarop volgt in de cel is zonder uitzonderingen geheel afhankelijk van het cellulaire ribosomale translatiesysteem (figuur 1.9). De productie van kopieën van het virale genoom ten behoeve van nieuwe infectieuze partikels vindt bij DNA- virussen nagenoeg altijd plaats in de celkern (uitzondering vormen Poxviridae, waaronder variola, de verwekker van menselijke pokken) maar bij RNA-virussen bijna altijd in het cytoplasma (uitzondering: Orthomyxoviridae, waaronder influenzavirus). De vermeerdering van virussen kan goed worden bestudeerd in celkweken waarbij gevoelige cellijnen worden besmet met virus en de replicatie van virus wordt gevolgd met behulp van biochemische of microscopische technieken, of door het regelmatig bepalen van het aantal infectieuze virusdeeltjes in het kweekmedium (figuur 1.10). Een klassieke bevinding daarbij is dat in het begin van dit proces het virus 'verdwijnt' in de cellen en daarbuiten dan geen of weinig infectieus virus meer te vinden is. In deze zogeheten eclipsfase is het virus in de cellen terechtgekomen en ontmanteld en daardoor niet meer infectieus. Afhankelijk van het soort virus zal na enkele uren of dagen weer infectieus virus in het kweekmedium kunnen worden aangetoond. De periode tussen besmetting van de cellijn en het weer vrijkomen van nieuwe besmettelijke virusdeeltjes noemt men de latentiefase. De titers aan infectieus virus stijgen vervolgens tot een maximum, waarbij het gemiddelde aantal nieuwe virusdeeltjes per geïnfecteerde cel kan variëren (afhankelijk van de virussoort en van de cellijn) van enkele tientallen tot miljoenen (burst size). Dit geldt niet alleen in een celkweek maar ook in geïnfecteerd weefsel, waardoor een infectie dus reusachtig versterkt wordt en snel om zich heen kan grijpen in een gastheer. Celkweeksystemen spelen een grote rol in het experimenteel virologisch onderzoek en tot voor kort ook in de diagnostiek van virusinfecties, al is deze inmiddels grotendeels gebaseerd op specifieke detectie van virale DNA-of RNA-moleculen (PCR of RT-PCR). Een belangrijk gevolg van een virusinfectie is dat de gastheercel in immunologisch opzicht verandert door het binnendringen van een virus en de expressie van virale eiwitten. Dit leidt tot het op gang komen van zowel een directe respons (de natuurlijke of 'innate immunity') als een specifieke (verworven) cellulaire en hu- Bacteriën zijn eencellige prokaryoten waarvan de genetische informatie opgeslagen ligt op een circulair gesloten, dubbelstrengs DNA-molecuul. Het DNA-molecuul ligt, strak opgewonden in een kluwen (ook wel nucleoïd genaamd), vrij in het cytoplasma en bevat een paar duizend genen (= een paar miljoen basenparen); geheel uitgerold zou het ongeveer 1 mm lang zijn. Zoals vermeld zijn er vaak ook nog plasmidale DNA-moleculen te vinden in bacteriën. Het cytoplasma van bacteriën bevat vele ribosomen maar geen andere organellen op grond waarvan men onderscheid kan maken; bij sommige soorten bacteriën kunnen in het cytoplasma 'sporen' ontstaan indien de bacterie in ongunstige omstandigheden terechtkomt. In de spore is een van de twee DNAstrengen te vinden, omgeven door een sporenmembraan, een laag peptidoglycaan en nog een mantel bestaande uit keratineachtig eiwit; dit geheel is zeer goed bestand tegen de inwerking van chemicaliën (waaronder diverse desinfectantia) en hitte (denatureren pas boven 100 8C). Onder gunstige milieuomstandigheden ontkiemt de spore weer. Naast sporen ziet men soms partikels of korrels in het cytoplasma die uit verschillende soorten reservestoffen kunnen bestaan. Voor de indeling van bacteriën zijn de vorm en de samenstelling van de celwand van doorslaggevend belang. Ook de ligging van bacteriën ten opzichte van elkaar speelt een rol. Zo onderscheidt men de bolvormige kokken en de langgerekte staven, die in ketens, pakketjes of trosjes kunnen liggen; de staven kunnen een keurig rechte oriëntatie hebben, of juist gekromd zijn als een komma of golvend als een slangetje (figuur 1.11). Bacteriën worden onder de lichtmicroscoop pas zichtbaar nadat ze gekleurd zijn. In dit verband is de kleurreactie volgens Gram (een Deense onderzoeker uit het eind van de 19e eeuw) de belangrijkste (figuur 1.12). Bij de gramkleuring worden bacteriën op een objectglas gefixeerd en eerst met kristalviolet behandeld. Daarna wordt een lugoloplossing (J 2 +KJ) opgebracht, waardoor in de bacteriën een paars, onoplosbaar kristalviolet-lugolcomplex ontstaat. Bij de volgende stap wordt het preparaat overgoten met alcohol en wordt gekeken of de bacteriën de paarse kleur vasthouden (ze zijn dan grampositief) of weer loslaten en kleurloos worden (dan zijn ze gramnegatief). In de laatste stap wordt het preparaat gekleurd met fuchsine, waardoor de ontkleurde gramnegatieve bacteriën een rozerode kleur krijgen (fuchsine heeft geen effect op de paarse kleur van grampositieve bacteriën). Of een bacterie de kristalviolet-lugolkristallen vasthoudt, hangt geheel af van de samenstelling van zijn celwand. De celwanden van grampositieve bacteriën zijn veel dikker dan die van de gramnegatieve bacteriën en hebben ook een andere opbouw en samenstelling (figuur 1.13). Het is vooral de grote hoe-veelheid peptidoglycaan die de dikte van de grampositieve celwand bepaalt en verantwoordelijk is voor het vasthouden van de kristalviolet-lugolkristallen tijdens de gramkleuring. Peptidoglycaan (ook mucopeptide of mureïne genoemd) is een driedimensionaal netwerk van een gigantisch molecuul dat de gehele bacterie omspant en er vorm en sterkte aan geeft. Het bestaat uit lange ketens waarin alternerend de aminosuikers N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur voorkomen; aan elke muraminezuurgroep is een korte zijketen van peptide gekoppeld die de kruisverbindingen verzorgt met naburige ketens. Staphylococcus aureus is een veelvoorkomende pathogene, grampositieve bacteriesoort die bolvormig is en in trosjes groeit, terwijl Escherichia coli een veelvoorkomende pathogene, gramnegatieve, staafvormige bacterie is. De celwanden van bacteriën zijn van grote pathogene betekenis, omdat zij voor de mens toxische componenten bevatten. De buitenmembraan van de celwand van gramnegatieven bevat het toxische lipopolysacharide (LPS), terwijl het peptidoglycaan, dat rijkelijk aanwezig is in de wand van grampositieve bacteriën, ook toxische eigenschappen heeft, zij het minder uitgesproken dan LPS. Omdat deze 'toxinen' voornamelijk aan de bacte- Naast deze kenmerken bezitten bacteriën aan hun buitenkant soms appendages in de vorm van haarvormige uitsteeksels (pili, fimbriae) en flagellen, waarmee zij zich kunnen aanhechten aan een oppervlak of voortbewegen in een waterig milieu. Ook deze laatste eigenschappen kunnen van belang zijn in de pathogenese van infectieziekten, dan wel als virulentiefactoren worden gezien (figuur 1.14). Op grond van de manier waarop bacteriën aan hun koolstof en energie komen, kunnen ze verder worden ingedeeld in vier groepen. Heterotrofe bacteriën gebruiken organische verbindingen als koolstofbron, terwijl autotrofe bacteriën al hun koolstof ontlenen aan C 1 -verbindingen als CO 2 en CH 4 . Als hun energie verkregen wordt uit licht, spreekt men van fototrofe bacteriën, terwijl chemotrofe bacteriën hun energie uit chemische verbindingen halen. De voor de mens pathogene bacteriën zijn chemo-heterotroof. Binnen deze laatste groep is het klinisch belangrijke onderscheid te maken tussen bacteriën die aeroob kunnen groeien en zij die alleen anaeroob kunnen blijven leven; vele pathogene soorten, inclusief S. aureus en E. coli, kunnen zich zowel aeroob als anaeroob vermenigvuldigen. Bij aerobe ademhaling wordt zuurstof gebruikt als terminale elektronenacceptor, terwijl bij anaerobe ademhaling andere anorganische verbindingen (nitraat, sulfaat, kooldioxide) daartoe dienst doen. Strikt anaerobe micro-organismen vormen het grootste deel van de normale darmflora bij de mens; zij hebben geen verweer tegen de giftige werking van zuurstof en de van zuurstof afgeleide metabolieten. Onder de juiste condities kunnen zij wel infecties veroorzaken. Behalve door ademhaling (respiratie) kan ook door gisting (fermentatie) een substraat worden afgebroken en daarbij energie worden gewonnen. Alle energie komt ten slotte in één van twee vormen beschikbaar: als chemische energie in de vorm van gefosforyleerde verbindingen als adenosinetrifosfaat (atp), en als een elektrochemische gradiënt over de celmembraan, die kracht uitoefent op protonen (proton motive force). Onder optimale omstandigheden (o.a. samenstelling voedingsbodem, temperatuur, pH, zuurstofspanning, kooldioxideconcentratie; voor elke soort verschillend) kunnen bacteriën snel groeien en zich elke twintig minuten delen (figuur 1.15). De groeisnelheid van bacteriën hangt af van drie factoren: de soort bacterie, de chemische samenstelling van het milieu of medium waarin deze zich bevindt, en de temperatuur. Elke bacteriesoort kent zijn eigen optimale samenstelling van het medium en groeit optimaal binnen een bepaald temperatuurbereik. Voor de mens pathogene bacteriesoorten groeien veelal het snelst rond 37 8C maar er zijn andere, voor de mens niet pathogene soorten die zich juist op lagere (< 10 8C) of hogere temperaturen (> 50 8C) het best vermenigvuldigen. Sommige soorten groeien over een groot temperatuurbereik. Bij uitputting van voedingstoffen of bij andere vormen van stress (te lage of te hoge zuurgraad, te hoge temperaturen, DNA-schade door bestraling of inwerking van cytotoxische stoffen) treedt een stressrespons op die erop gericht is de schade te beperken en te herstellen. Het betreft het aan-en uitschakelen van grote aantallen genen. In tabel 1.5 worden de belangrijkste soorten pathogene bacteriën vermeld. Niet in deze tabel opgenomen zijn enkele bijzondere bacteriesoorten zoals de geslachten Mycobacterium, Chlamydia, Mycoplasma en de Rickettsiae. De mycobacteriën zijn zeer langzaam groeiende, strikt aerobe bacteriën met een bijzondere celwandsamenstelling, waardoor zij moeilijk een gramkleuring kunnen ondergaan; de lipiden en wasachtige stoffen in de celwand laten in water oplosbare kleurstoffen moeilijk door. Ze kunnen wel zichtbaar worden gemaakt in een analoge kleuring, die volgens Ziehl-Neelsen, of de tegenwoordig veel gebruikte kleuring met de fluorescerende stof auramine; beide kleuringen zijn gebaseerd op de zuurvastheid van de celwand van mycobacteriën, dat wil zeggen het kunnen vasthouden van een eenmaal opgenomen kleurstof tijdens onderdompeling in zoutzure alcohol. Andere bacteriesoorten zijn niet zuurvast en kunnen dat dus niet. Tijdens infectie zijn de mycobacteriën intracellulair in ontstekingscellen te vinden, maar ze kunnen ook buiten een cel groeien. Chlamydiae en Rickettsiae kunnen dat niet en zijn obligaat intracellulair groeiende bacteriën; zij missen essentiële metabole processen waardoor ze voor hun energiehuishouding (atp en nadh) afhankelijk zijn van een gastheercel. Van oudsher staan deze soorten daarom in de belangstelling van virologen. Mycoplasmasoorten zijn bijzon- dere bacteriën omdat bij hen de celwand ontbreekt (geen peptidoglycaan) en zij sterolen nodig hebben voor hun (langzame) groei; van de bacteriesoorten zijn ze het kleinst (0,2-0,3 mm). Fungi zijn eukaryote (kernhoudende) micro-organismen die binnen de Eucarya een aparte vertakking van de evolutionaire stamboom vormen (zie figuur 1.1). Het zijn net als bacteriën chemo-heterotrofe organismen die in twee vormen overal in de natuur kunnen worden aangetroffen: de unicellulaire gistvorm en de vorm van zich vertakkende draden (hyfen, die een netwerk of mycelium vormen), die wij de schimmelvorm noemen. De schimmeldraden bevatten vele kernen, die soms met tussenschotten (septa) van elkaar gescheiden zijn (figuur 1.16); de septa bevatten wel poriën, zodat er steeds sprake is van een continuü m binnen een mycelium. Veel fungi zijn dimorf, wat betekent dat ze als gist en als schimmel kunnen groeien. Fungi zijn van groot belang in de voedselindustrie (o.a. bakkers-en biergisten) en zijn de bron van vele geneesmiddelen waaronder antibiotica; ze worden ook in de biotechnologie vaak gebruikt. Tabel 1.5 Overzicht van de belangrijkste pathogene bacteriesoorten. Fungi zijn aerobe micro-organismen die zich voortplanten door sporen. Deze ontstaan door gewone mitose (aseksuele sporen), of na kernfusie gevolgd door meiose (seksuele sporen). Van de meeste pathogene fungi is de seksuele cyclus niet goed bekend, zodat wij ze vooral herkennen aan de morfologische aspecten van hun aseksuele sporulatie. Bij gisten spelen fysiologische eigenschappen als oxidatieve assimilatie en fermentatie van verschillende suikers ook een rol bij de identificatie. De fungi hebben buiten hun cytoplasmamembraan een dikke celwand waarin mannaan, glucaan en chitine te vinden zijn; door deze celwand kleuren zij grampositief. Buiten deze celwand kan een polysacharidekapsel aanwezig zijn, dat als virulentiefactor wordt beschouwd omdat het de fagocytose door leukocyten belemmert. In de medische praktijk wordt de indeling van fungi mede gebaseerd op de soort infecties die zij veroorzaken. Men onderscheidt de oppervlakkige fungale infecties (mycosen), die zich beperken tot de huid, nagels en haren, en de diepe mycosen, waarbij invasie optreedt en inwendige organen betrokken zijn; de eerste soort infecties zijn meestal niet ernstig, de diepe infecties zijn dat wel. Een aparte groep wordt gevormd door de mycosen die zich in de subcutane weefsels voordoen. Bij patiënten met een sterk verlaagde weerstand kunnen fungi, die voor gezonde personen niet of nauwelijks pathogeen zijn, invasieve infecties veroorzaken die levensbedreigend zijn (tabel 1.6). Parasieten zijn eukaryote (micro-)organismen die gekarakteriseerd worden door een parasitaire levenswijze. We spreken van parasitisme (uit het Grieks: sitos = voedsel) bij een nauwe associatie van organismen van twee verschillende soorten waarbij de ene soort, de parasiet, leeft ten koste van de andere, de gastheer. De parasiet is voor zijn ontwikkeling geheel of ten dele afhankelijk van zijn verblijf op (ectoparasieten) of in (endoparasieten) een gastheer. Tot de medische parasi-tologie behoren de eencellige protozoën, de meercellige wormen (helminthen), die als endoparasieten leven, en een aantal ectoparasitaire geleedpotige insecten (vlo, luis, mijt, wants). Centraal staat de associatie tussen de parasiet en zijn gastheer, waarbij er een zeker evenwicht bestaat tussen de schade die de parasiet aanricht en de mechanismen die de gastheer tot zijn beschikking heeft om zich te beschermen. Voor de overlevingskansen van de parasiet is het noodzakelijk dat er voldoende gastheren overblijven. De parasitaire levenswijze kent daartoe vele specialisaties (o.a. wijze van voedselopname) waardoor er meestal sprake is van gastheerrestrictie, dat wil zeggen dat de parasiet is gebonden aan een bepaalde gastheer of een beperkt aantal gastheersoorten. Naarmate de parasiet zich aanpast aan zijn gastheer, zal deze er minder last van hebben; anderzijds hangt het ziek worden van een gastheer af van het aantal parasieten waarmee de gastheer belast is (parasitic load). De levensloop van de pathogene parasieten is samen te vatten in zogenoemde ontwikkelingscycli, die voor elke soort uniek zijn. In de geneeskunst is een goed begrip van deze soms complexe ontwikkelingscycli van essentieel belang bij het bepalen van het diagnostische, therapeutische en preventieve beleid (figuur 1.17). Kenmerkend is dat parasieten een zeer groot nageslacht produceren, wat de kansen op het vinden van een volgende gastheer vergroot. Er wordt onderscheid gemaakt in definitieve of eindgastheren en tussengastheren, die belangrijk zijn bij de transmissie. In tussengastheren vindt een deel van de ontwikkeling van de parasiet plaats (meestal de aseksuele replicatie), waardoor hij infectieus wordt voor een volgende, meestal definitieve, gastheer; in de definitieve gastheer vindt de seksuele vermeerdering plaats. Niet alle parasieten kennen een tussengastheer naast hun definitieve gastheer; Entamoeba, Trichomonas (beide protozoën) en Ascaris (een worm) hebben alleen de mens en worden direct (seksueel) of indirect (fecaal-oraal) doorgegeven. De meeste wormen hebben echter twee of meer gastheren. Men dient zich te realiseren dat ook de Tabel 1.6 Medisch relevante indeling van pathogene fungi. Op grond van hun morfologie (celkernen, flagellen e.d.) en levenswijze worden protozoaire parasieten in vier klassen verdeeld: de sporozoën, de flagellaten, de amoeben en de apathogene ciliaten. De sporozoën zijn obligaat intracellulaire parasieten, terwijl parasieten uit de andere drie klassen primair extracellulair leven; de flagellaten, amoeben en ciliaten zijn beweeglijk. Vele protozoën worden bij ongunstige omstandigheden metabool minder actief en produceren buiten de cytoplasmamembraan een wand waardoor zij beter kunnen overleven. Met een dergelijke wand worden ze cysten genoemd, terwijl ze zonder een dergelijke wand als trofozoïeten (ook wel vegetatieve vorm) worden aangeduid. In tabel 1.7 wordt een overzicht gegeven van de medisch belangrijkste soorten. De helminthen worden in drie hoofdgroepen onderverdeeld (tabel 1.8): de rondwormen (Nematoda), de lintwormen (Cestoda) en de zuigwormen (Trematoda, ook wel 'botten' genoemd). Zij bereiken de mens meestal via de orale route, maar kunnen ook actief de huid doorboren of door vectoren in de weefsels worden gespoten. Allemaal zijn het multicellulaire organismen waarvan de volwassen stadia vaak met het blote oog kunnen worden gezien. De zuigwormen zijn dorsoventraal afgeplatte wormen zonder secundaire lichaamsholte; ze hechten zich met zuignappen vast aan de darmmucosa. De ontwikkelingscycli zijn complex en vertonen afwisselend vrij levende en parasitaire stadia, waarbij vaak meer dan één tussengastheer is betrokken. De eerste tussengastheer is een weekdier (bijv. een slak). De lintwormen zijn hermafrodiet en leven in de darm van vertebraten; ze bezitten een kop (scolex) en caudaal daarvan een in segmenten (proglottiden) verdeeld lichaam. Er is geen darm: de voedselopname vindt plaats door selectieve absorptie van nutriënten door de huid; in hun ontwikkelingscyclus is meestal maar één tussengastheer. De rondwormen zijn cilindervormig en bezitten een eenvoudig tubulair darmkanaal; er zijn steeds gescheiden geslachten. De rondwormen kunnen worden verdeeld in wormen die het darmkanaal parasiteren en wormen die in de bloedbaan en weefsels terechtkomen. De eerste soort rondwormen bereikt de darm door ingestie of via de huid; in het laatste geval komen zij pas door uittreding in de long en migratie via de trachea in het darmkanaal. Filaria (o.a. Loa loa) zijn rondwormen van de bloedbaan en weefsels die door vectoren direct van mens naar mens worden overdragen. Bij ectoparasieten spreekt men ook wel van infestatie in plaats van infectie; zij kunnen zich langdurig ophouden op en in de huid en aan de haren, maar komen niet in de diepere weefsels terecht. Ectoparasieten leven van materiaal dat zij op of in de huid vinden. Naast deze langdurige associaties is de mens doelwit van vele bijtende insecten, teken, vlooien en bedwantsen die op zoek zijn naar een bloedmaal. Deze associaties zijn in de regel kortdurend (minuten tot een paar dagen) en leiden niet tot replicatie van de gast op het menselijk lichaam. Insecten en de ware ectoparasieten kunnen wel als vector van een ander pathogeen micro-organisme dienen: op deze wijze vindt overdracht plaats van virussen (bijv. gele koorts en dengue), bacteriën (bijv. pest, de ziekte van Lyme en rickettsiosen) en een aantal van bovengenoemde protozoën en wormen. De meest voorkomende klachten bij infestatie door een ectoparasiet zijn jeuk en de vorming van papels. De jeuk is het directe gevolg van een beet of kan een uiting zijn van overgevoeligheid voor excretieproducten van de parasiet. Afhankelijk van de mate van sensibilisatie van de gastheer kunnen de huidreacties achterwege blijven, pas na enkele weken optreden, of optreden direct na een hernieuwd contact met de parasiet. Het zich krabben is een natuurlijke manier om ectoparasieten weer te verwijderen, maar de krablaesies maken secundaire bacteriële infecties mogelijk. Bij gastheren van wie het immuunapparaat niet goed functioneert (bijv. aidspatiënten), kan een infestatie lange tijd ongemerkt blijven, waardoor het aantal parasieten ongestoord tot zeer grote hoogte kan uitgroeien. Dergelijke patiënten zijn zeer besmettelijk voor hun omgeving. Van de geleedpotigen zijn het vooral insecten en spinachtigen die als ectoparasieten van de mens een rol spelen. Van de ectoparasieten heeft de Nederlandse bevolking vooral last van Demodex folliculorum (haarfollikelmijt), Sarcoptes scabiei (schurftmijt), Pediculus humanuscapitis (hoofdluis) en in mindere mate van Phthirus pubis (schaamluis) en humane (Pulex irritans) en dierlijke vlooien (Ctenocephalides felis en C. canis). Pathogenese van infectieziekten De interactie tussen een micro-organisme en een gastheer kan bij die gastheer leiden tot ziekte. Men spreekt van een infectie of infectieziekte als de interactie tussen het micro-organisme en de gastheer leidt tot schade of een veranderde fysiologie bij de gastheer. De schade of veranderde fysiologie kan resulteren in klinisch waarneembare symptomen en verschijnselen maar ook langdurig onopgemerkt blijven, c.q. subklinisch verlopen. De keten van gebeurtenissen die het ontstaan van dergelijke ziekte bepaalt, wordt beschreven als de patho- Hoewel van groot nut in die begintijd van de medische microbiologie, bleek deze strikte benadering van de causaliteitsvraag al snel beperkingen met zich mee te brengen. Voor sommige ziekteverwekkers, zoals Mycobacterium leprae (verwekker van de ziekte lepra), Treponema pallidum (syfilis) en diverse pathogene virussen ontbreekt bijvoorbeeld nog steeds de kennis om ze buiten het lichaam (in vitro) in reinkweek te brengen. Met de introductie van de moleculaire microbiologische technieken is inmiddels vast komen te staan dat we ook de voor veel andere ziekten verantwoordelijke micro-organismen nog niet kunnen kweken in het laboratorium. Ook proefdiermodellen zijn lang niet voor alle menselijke infectieziekten beschikbaar, of er is sprake van besmetting op een onnatuurlijke wijze. Muizen worden bijvoorbeeld niet ziek van blootstelling aan een aerosol met gekapselde pneumokokken, maar gaan snel dood na intraperitoneale injectie. Mensen krijgen mazelen maar hun huisdieren niet, en de rattenvlo heeft geen last van de pestbacil die hij in zijn verteringskanaal heeft en overdraagt naar de mens, die er vervolgens aan sterft. Het ontstaan van ziekte hangt dan ook niet alleen af van het micro-organisme maar wordt ook sterk bepaald door de gastheer en de besmettingsroute. Bovendien bleek bij veel ziekten dat niet alle individuen die in aanraking komen met een bepaald pathogeen micro-organisme klinisch waarneembaar ziek worden. Bij een groot aantal infectieziekten treden besmettingen en subklinische infectie met de verwekker daarvan veel vaker op dan de ziekte: een extreem voorbeeld is poliomyelitis, waarbij ongeveer vijfhonderd infecties tegenover één geval van kinderverlamming staan. De rol van de gastheer wordt van doorslaggevende betekenis wanneer we infecties door commensale micro-organismen in ogenschouw nemen (tabel 1.9). Dit begrip beschrijft dat grote aantallen micro-organismen in staat zijn zich te handhaven en te vermenigvuldigen op of in een gastheer (kolonisatie) en vervolgens tijdelijk of zelfs permanent gaan behoren tot de intieme biosfeer van het lichaam, in de vorm van een commensale flora. Deze is zeer omvangrijk: terwijl het menselijk lichaam is opgebouwd uit ongeveer 10 13 cellen, wordt de commensale flora op 10 14 à 10 15 bacteriën geschat met een gezamenlijk gewicht van 0,5 kg. Gewoonlijk is de commensale flora niet schadelijk maar eerder gunstig voor beide partijen. Als onder bepaalde omstandigheden vanuit de kolonisatie toch schade of een verandering in de normale fysiologie van de gastheer ontstaat, is er wel sprake van een infectieziekte. In de ecologische benadering is een infectieziekte slechts een van de vele vormen van interactie tussen de menselijke gastheer en de microbiële wereld om hem heen. Vooral patiënten in ziekenhuizen vertegenwoordigen een bijzonder gevoelige groep van gastheren waarbij de veranderde conditie frequent aanleiding geeft tot infecties vanuit de eigen commensale microflora. Operaties bieden deze micro-organismen nieuwe portes d'entrée waardoor wondinfecties ontstaan; plastic katheters in bloedvaten, urine-en luchtwegen hebben bacteriëmie, cystitis en bronchopneumonie tot gevolg (zie hoofdstuk 16). Niet zelden worden daarbij meerdere soorten commensale bacteriën en gisten geïsoleerd, waardoor het niet mogelijk is een ziekmakende eigenschap slechts aan één soort toe te schrijven. Zo blijkt dat in verschillende opzichten de complexe relatie tussen een infectieziekte en de verwekker daarvan niet altijd aan de postulaten van Koch kan voldoen. Er zijn echter aanvullende argumenten voor een causale rol te vinden, bijvoorbeeld door gebruik te maken van de immuunrespons (het ontstaan van specifieke antistoffen en cytotoxische lymfocytenpopulaties), van de respons op specifieke antimicrobiële therapie en van het effect van preventieve maatregelen. Ook dragen epidemiologische gegevens (het beschrijven van bevindingen op populatieniveau) belangrijk bij tot het opsporen van mogelijke causale verbanden. Wanneer we een pathogeen definiëren als elk micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken, wordt wel onderscheid gemaakt tussen primair pathogene soorten en opportunisten. Primair pathogene micro-organismen veroorzaken bij besmetting regelmatig ziekteverschijnselen bij ten minste een deel van de gevoelige maar overigens gezonde populatie gastheren. Opportunistische pathogenen geven slechts aanleiding tot ziekte bij individuen met een door onderliggende ziekte of anderszins verlaagde weerstand. Bij gezonde personen is de gevoeligheid voor infectie deels genetisch bepaald. Plasmodiumparasieten blijken slechter te overleven in de rode bloedcellen van patiënten met sikkelcelanemie, waarbij een afwijkend hemoglobine (S) voorkomt, zodat deze groep minder gevoelig is voor malaria. Anderzijds zijn dezelfde patiënten gevoeliger voor andere microorganismen (o.a. voor de pneumokok) omdat hun milt minder goed functioneert. Van identieke tweelingen is bekend dat er concordantie is in hun gevoeligheid voor tuberculose en voor kolonisatie met S. aureus. Ook bij virusinfectie wisselt de gevoeligheid van gastheer tot gastheer; van de 45.000 Amerikaanse militairen die in 1942 per ongeluk met dezelfde dosis hepatitis B-virus werden ingespoten (gecontamineerd gelekoortsvaccin!) werden er maar 914 ziek, terwijl de incubatietijd varieerde van tien tot twintig weken. Hoewel de moleculaire basis van de genetische gevoeligheid voor de meeste infectieziekten nog opgehelderd moet worden, staat wel vast dat polymorfismen in de genen van de mens, onder andere in de genen die coderen voor het immuunsysteem, voor de bloedgroepantigenen en de weefselantigenen (humane leukocytaire antigenen, HLA-systeem), van groot belang zijn bij het ontstaan van infectieziekten (tabel 1.10). Terwijl de begrippen pathogeen en pathogeniciteit op deze wijze gebruikt worden op het niveau van verschillende soorten micro-organismen, is virulentie een eigenschap van een individuele stam binnen een soort, die aangeeft met welke waarschijnlijkheid en in welke mate die stam ziekteverschijnselen bij de gastheer kan indu-ceren. Kwantitatief kan virulentie worden uitgedrukt in het aantal micro-organismen dat nodig is om in een proefdiermodel de helft van de dieren ziek te maken (infectiedosis 50 = id-50), respectievelijk te doen overlijden (letale dosis 50 = ld-50). De virulentie van een stam hangt meestal van meerdere eigenschappen af en kan in de tijd toenemen door het verwerven van virulentiegenen (bijv. voor het maken van een toxine of kapsel) of juist het verloren gaan ervan. Bij langdurige doorenting van een virulente stam in het laboratorium kan op deze wijze een zogenoemde geattenueerde (levende, maar verzwakte) variant ontstaan, die soms bruikbaar is als vaccin (bijv. de rubellavirusstam ra 27/3 en de BCG-stam van Mycobacterium bovis). Niet alle stadia worden steeds doorlopen zoals hierna beschreven. Weefselschade en ziekteverschijnselen. Tijdens de verschillende fasen kunnen zich vele vormen van ziekteverschijnselen voordoen. Deze zijn te verklaren op basis van weefselschade met aantasting van orgaanfuncties, waarvoor de micro-organismen zelf of producten daarvan (toxinen) verantwoordelijk kunnen zijn maar waarbij ó ók de aspecifieke en specifieke afweerreacties vanuit de gastheer een belangrijke rol spelen. Bij veel infectieziekten, zoals septische shock maar ook hepatitis B, is de gastheerrespons primair verantwoordelijk voor de schade en de ziekteverschijnselen (immunopathologie). Immuungecompromitteerde gastheren kunnen daarom bij veel infecties een ander beloop vertonen dan de normale gastheer, met zowel ernstiger als soms juist minder opvallende klinische verschijnselen. Een infectie met mazelenvirus kan bij een immuunstoornis zonder huidverschijnselen verlopen maar wel een ernstige longontsteking veroorzaken. Een bijzondere oorzaak van ziekte door een infectie is het optreden van maligne transformatie.Daarbij verstoren micro-organismen, vooral sommige virussoorten, de regulatie van de natuurlijke deling van gastheercellen waardoor er vormen van kanker in de gastheer ontstaan. Een aantal virussen staat bekend als tumorvirus omdat zij een permanente maligne transformatie in hun gastheercel kunnen teweegbrengen; het virus beïnvloedt dan de transcriptie van specifieke cellulaire oncogenen of andere gastheergenen, genen die betrokken zijn bij de regulatie van celdeling of spontane celdood (apoptose). Voorbeelden zijn epstein-barr-virus, humaan papillomavirus, hepatitis B-virus en humaan T-cel-leuke-mievirus. Sommige chronische bacteriële infecties, onder andere maagslijmvliesinfectie met Helicobacter pylori en chronisch bacteriële prostatitis, zijn ook in verband gebracht met maligne ontaarding (maagkanker en prostaatcarcinoom). De chronische ontstekingsreactie als gevolg van de infectie zou hierbij een rol spelen. Besmetting en eventueel kolonisatie van de mens zijn bijna altijd het gevolg van een incident, waarbij pathogene micro-organismen afkomstig kunnen zijn uit verschillende besmettingsbronnen en langs verschillende transmissieroutes de mens bereiken (figuur 1.18). Men onderscheidt besmettelijke ziekten en infectieziekten die niet besmettelijk zijn. Bij besmettelijke ziekten vindt overdracht van mens tot mens plaats via direct contact maar ook via aerosolen. Ook kan water of voedsel een schakel vormen in de overdracht van mens naar mens. Naast deze vormen van horizontale transmissie treedt soms verticale transmissie op van de moeder naar haar kind in utero (transplacentair) of tijdens de baring (perinataal); in het DNA van een ouder ingekruiste retrovirussen kunnen via de kiemlijn worden overgedragen naar een volgende generatie. Pathogene micro-organismen kunnen ons ook uit dierlijke reservoirs bereiken en zoönosen veroorzaken (uit het Grieks; zoon = dier, en nosos = ziekte). Overdracht kan optreden via insecten en andere vectoren, zoals bij malaria, dengue (knokkelkoorts) en pest het geval is. Ten slotte kan de besmettingsbron in het milieu aanwezig zijn, bijvoorbeeld in de vorm van sporen van Clostridium tetani en Taenia saginata in de grond of sporen van Aspergillus in de lucht. Met Legionella pneumophila besmet water is de bron van longontsteking met deze bacteriesoort. Het risico op incidentele besmetting hangt vooral af van sociaal-culturele factoren. De grootte en dichtheid van de populatie gevoelige gastheren bepalen mede of Tabel 1.10 Voorbeelden van genpolymorfismen die betrokken zijn bij de gevoeligheid voor infectieziekten. dieren, zowel wilde dieren als landbouwhuisdieren, is bepalend voor het risico op een zoö notische infectie. Vooral in gebieden waar de dichtheid van mensen en dieren het hoogst is, blijkt het risico op nieuwe infecties het grootst (figuur 1.19). Het jaarlijks in omvang toenemen van uitbraken van Q-koorts (verwekker: Coxiella burnetii) in delen van Nederland in de periode 2007-2010 was bijvoorbeeld rechtstreeks terug te voeren op de recente introductie van meer en grootschaliger geitenboerderijen in die gebieden. Daarnaast hebben recreatieve ontwikkelingen als sauna's en whirlpools nieuwe risico's gebracht in de vorm van besmetting met hoge aantallen Pseudomonas aeruginosa als gevolg van onvoldoende desinfectie van het warme badwater. Warmwaterleidingen en boilers blijken met hoge aantallen Legionella besmet te kunnen raken wanneer de temperatuur te laag wordt afgesteld; deze bacterie heeft weliswaar zijn habitat in waterpartijen in de vrije natuur, maar komt in zeer lage densiteit met het koude drinkwater mee en gedijt goed bij temperaturen tussen 30 en 50 8C. Intraveneuze drugsgebruikers injecteren regelmatig commensale flora mee in de bloedbaan, waardoor zij een verhoogd risico lopen op endocarditis door S. aureus. Bij gebruik van niet-steriele spuiten van medegebruikers kan besmetting optreden met virale (hepatitis B-virus, hiv) en andere micro-organismen die in het bloed van de vorige gebruiker van de spuit zijn achtergebleven. Ten slotte worden in ziekenhuizen vele invasieve vormen van diagnostiek en behandeling toegepast die niet zonder besmettingsrisico zijn. Besmetting vereist dat micro-organismen vastgehecht raken aan een oppervlak in de gastheer; dit noemt men adherentie. Adherentie is een conditio sine qua non wil een micro-organisme zich op of in de gastheer handhaven en delen, c.q. koloniseren. Microbiële kolonisatie van een oppervlak kan in een aantal fasen worden onderverdeeld (figuur 1.20). De structuren op micro-organismen die specifieke adherentie kunnen verzorgen, worden adhesinen genoemd. Bij bacteriën komen ze veel voor in de vorm van pili en fimbriae (zie tabel 1.10). Virussen gebruiken capside-eiwitten of glycoproteïnen in hun envelop voor de aanhechting aan de gastheercel (tabel 1.11). Deze interacties zijn vaak specifiek voor bepaalde cellen en bepalen zo in welke weefsels of organen een virus kan repliceren, aangeduid als het tropisme van een virus (tabel 1.12). Zo wordt gesproken van neurotrope, dermatotrope en lymfotrope virussen. Tropisme speelt ook bij andere micro-organismen een rol. Voor sommige parasieten zijn de adhesinen ook in kaart gebracht. Opvallend is dat de adhesinen vaak een eiwitkarakter hebben, terwijl hun receptoren in de membraan van de gastheercellen bestaan uit suikerresiduen van glycoproteïnen en glycolipiden. Bij verwondingen, operaties, insectenbeten Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes en dergelijke komen pathogene micro-organismen direct in de weefsels terecht en zullen daar andersoortige bindingsplaatsen vinden. Vooral fibrinogeen/fibrine, collageen en fibronectine spelen een rol bij de adherentie in weefselcompartimenten. S. aureus, Treponema pallidum, Candida albicans en leishmaniasoorten binden fibronectine. Een apart te noemen bindingsplaats is het oppervlak van medische kunststoffen die in allerlei katheters en prothesen in de moderne geneeskunst worden toegepast. Hoewel sommige micro-organismen (stafylokokken) zich direct aan dergelijke kunststoffen kunnen hechten, is het in de praktijk zo dat het oppervlak ervan snel door neerslag met bovengenoemde matrixeiwitten als fibronectine wordt bedekt, een proces dat ook wel conditionering van het biomateriaal wordt genoemd. De mens beschikt over een serie mechanische, fysischchemische en biologische factoren die de adherentie en kolonisatie van micro-organismen beperken ( De commensale flora van de darm en vagina speelt eveneens een rol, omdat deze het voor 'nieuwkomers' moeilijk maakt zich te vestigen; het zijn vooral de anaerobe en microaerofiele species (Bacteroides en Eubacterium in de darm en de lactobacillen in de vagina) in de commensale flora die voor deze kolonisatieresistentie verantwoordelijk zijn. Ten slotte raakt de gastheer micro-organismen kwijt door het loslaten van honderden miljoenen huidschilfers per dag. Voor micro-organismen hebben sommige van deze kolonisatiebeperkende factoren het voordeel dat zij daardoor de gastheer verlaten en weer een volgende gastheer kunnen bereiken. Lokale kolonisatie zonder invasie en verspreiding in het lichaam is voor een aantal micro-organismen voldoende om ziekteverschijnselen te induceren. De ziekteverschijnselen zijn in die gevallen meestal lokaal van aard, bijvoorbeeld urethritis in geval van ongecompliceerde gonorroe, maar kunnen door absorptie van antigenen of exotoxinen een systemisch karakter krijgen (difterietoxine, toxischeshocksyndroom, acuut reuma, acute glomerulonefritis). Rinitis door verkoudheidsvirussen geeft vooral lokale verschijnselen maar het influenzavirus lokt, eveneens vanuit replicatie in de bovenste luchtwegen, wel een sterke algemene reactie uit. Het humaan papillomavirus vermeerdert zich direct in de epidermis en cellulaire transformatie leidt vervolgens tot de uitgroei van wratten (verrucae vulgares). Traumata van de intacte huid of slijmvliezen openen de weg naar dieper gelegen weefsels en capillairen. Versleping via het lymfestelsel brengt micro-organismen bij lymfeklieren en vervolgens in de bloedbaan, waarna in principe verspreiding door het hele lichaam mogelijk is. Ook vanuit de luchtwegen kan dit plaatsvinden. Zo ontstaat de ziekte waterpokken als gevolg van initiële lokale vermeerdering van het varicellazostervirus in het epitheel van de bovenste luchtwegen, waarna verspreiding van het virus plaatsvindt via de bloedbaan (viremie) en via de karakteristieke blaasjes door epidermale haarden van virusreplicatie. Bij veel virale exantheemziekten doen zich primaire en secundaire fasen van replicatie voor die leiden tot een kenmerkende vrij lange incubatietijd van twee tot drie weken na een respiratoire besmetting. De slijmvliezen kunnen echter ook zonder schade door micro-organismen gepasseerd worden. Vooral de epitheelcellen van het darmslijmvlies nemen allerlei partikels op uit het lumen en transporteren deze in cytoplasmavacuolen naar de basale membraan; dit natuurlijke proces heet translocatie. Naast de enterocyten zijn ook de M-cellen van de plaques van Peyer actief in dit proces. Macrofagen in de submucosa fagocyteren de micro-organismen en vervoeren deze naar de mesenteriale klieren, waar een effectief netwerk van fagocyten de organismen elimineert. Sommige pathogene microorganismen (o.a. Salmonella typhi) kunnen intracellulair in macrofagen overleven en zich via deze route door het lichaam verspreiden. Enterovirussen komen waarschijnlijk via de plaques van Peyer binnen en vermenigvuldigen zich eerst in dit lymfoïde weefsel en in de mesenteriale lymfeklieren, waarna viremische verspreiding naar andere organen in het lichaam optreedt. Bij een tekort aan fagocyten (granulocytopenische patiënten) kunnen commensale micro-organismen uit de darm zich ontpoppen tot opportunistische ziekteverwekkers (zie hoofdstuk 15). Meningokokken en Haemophilus in-Tabel 1.12 Voorbeelden van virale adhesinen en hun receptoren bij de mens. Aan de verspreiding van micro-organismen door het lichaam worden beperkingen opgelegd door de natuurlijke en verworven weerstand van de mens. De natuurlijke weerstand (innate immunity) van de weefsels is gebaseerd op de natuurlijke barrières van huid en slijmvliezen en van milieucondities die in gezond weefsel bestaan. De normale lichaamstemperatuur sluit bijvoorbeeld de groei uit van micro-organismen die zich daarbij niet kunnen vermeerderen (bijv. verkoudheidsvirussen en vele fungi, vooral dermatofyten, die wel infectie in het koelere neusslijmvlies resp. de koelere huid geven). Daarnaast zorgen de ijzerbindende eiwitten transferrine en lactoferrine voor een zeer lage concentratie vrij ijzer (~10 18 M), te laag voor de groei van de meeste bacteriesoorten. Bij ijzersuppletie en ijzerstapelingsziekte blijken patiënten gevoeliger te zijn voor systemische infecties met onder andere Listeria monocytogenes. Het systeem wordt continu geconfronteerd met commensale microflora en invasieve pathogene microorganismen. De beslissing om een snelle en beschermende respons te generen bij microbiële invasie in de weefsels ligt bij de aangeboren weerstand, die de eerste verdedigingslinie vormt en altijd op scherp staat. Het systeem is binnen minuten actief en operationeel in plasma, het interstitium en aan mucosale oppervlakken en maakt gebruik van zowel oplosbare factoren als cellulaire componenten. Oplosbare factoren. Micro-organismen zijn gevoelig voor oplosbare factoren als antimicrobiële peptiden, complementfactoren en interferon, die micro-organisme direct kunnen binden en uitschakelen. Productie vindt niet alleen plaats in cellen van het immuunsysteem maar ook door endotheel, keratinocyten in de huid en in cellen van longen en lever en van het reproductieve en gastrointestinale systeem. Sommige acutefase-eiwitten, zoals C-reactief proteïne (CRP), versterken de werking van complement en bevorderen de fagocytose. Er bestaat een zeer groot aantal antimicrobiële peptiden, die onder andere actief kunnen zijn door afbraak van koolhydraatketens (lysozym), door ijzerbinding en bactericide werking (lactoferrine), of door verstoring van de membraanpotentiaal van micro-organismen (kationische eiwitten zoals defensinen). Activatie van het complementsysteem kan optreden door directe binding van complementfactor C3 (alternatieve route), ofwel via intermediairs als mannose binding lectin (MBL-route), ofwel door specifieke antimicrobiële antistoffen (klassieke route). Complementactivatie (zie ook figuur 17.1) bestaat uit een cascade van eiwitsplitsende reacties die uiteindelijk leidt tot lysis van het micro-organisme. Diverse afsplitsingsproducten zijn actief in opsonisatie (iC3b), chemotaxie (C3a, C5a) en daarmee het op gang brengen van de ontstekingsreactie. Type-1-interferonen (IFN-a en IFNb) kunnen direct virussen uitschakelen en de afweer activeren. Cellen van de natuurlijke weerstand. De belangrijkste cellen van de natuurlijke weerstand zijn granulocyten (neutrofiele en eosinofielen), monocyten/macrofagen en dendritische cellen. Deze cellen worden geactiveerd via hun zogenoemde patroonherkenningsreceptoren (pattern recognition receptors, PRR's), die binden aan bepaalde moleculaire patronen van het oppervlak van micro-organismen (pathogen-associated molecular patterns, PAMP's). Er zijn tot op heden vijf verschillende families van dergelijke PRR's ontdekt. Een belangrijke familie van PRR's zijn de zoge-noemde toll-like receptoren (TLR). Deze transmembraaneiwitten kunnen worden geactiveerd door zowel intra-als extracellulaire PAMP's (tabel 1.13). Binding van TLR activeert via het adaptoreiwit MyD88 met een aantal tussenstappen de nucleaire factor NFkB, met als gevolg productie van cytokinen en chemokinen, en verhoogde membraanexpressie van MHC-klasse II en costimulatiemoleculen (bijv. CD80 en CD86). Pathogene micro-organismen kunnen tegelijk binden aan verschillende TLR's en vice versa kan een TLR meerdere microorganismen herkennen en binden (tabel 1.14). Hoewel TLR's belangrijk zijn voor de herkenning van micro-organismen, vormen ze niet de enige PRR. Op het celoppervlak bevindt zich ook de complexe familie van de NLR's (Nucleotide binding domain and Leucine-Rich repeat containing gene family), bij de mens bestaande uit 22 leden. NOD-eiwitten (NOD = nucleotidebindend oligomerisatiedomein) bijvoorbeeld herkennen celwandstructuren van grampositieve bacteriën in het cytoplasma van monocyten, macrofagen en dendritische cellen. Een andere familie van non-TLR's is de C-type lectinefamilie met receptoren voor bètaglucanen op schimmels en aanwezig op myeloïde cellen. Activatie van hiervóór genoemde PRR-receptoren, alleen of in combinatie, leidt tot fagocytose, ontsteking en antigeenpresentatie aan cellen van het verworven immuunsysteem. Fagocytose is het belangrijkste effectormechanisme van de aangeboren weerstand. Neutrofielen en eosinofielen zijn in staat micro-organismen op te nemen en intracellulair te doden. Neutrofielen zijn de meest voorkomende leukocyten in het bloed en bevatten specifieke granulae met een heterogene samenstelling van secretoire eiwitten. Eosinofielen zijn meer weefselgranulocyten; ze kunnen eveneens fagocyteren maar zijn specialist in het uitschakelen van grote micro-organismen zoals parasieten, door aanhechting gevolgd door extracellulaire uitstoot van toxische eiwitten en radicalen uit granulae. Fagocytose wordt sterk bevorderd door opsoninen die zich aan het bacterieoppervlak hechten (tabel 1.15). De beste opsoninen zijn antistoffen en complementfactor iC3b, waarvoor de fagocyten specifieke receptoren bezitten (Fc-en iC3b-receptoren). Na fagocytose vindt versmelting plaats met intracellulaire granulae waarin zich onder andere hydrolasen en proteasen bevinden. Met de vorming van een fagolysosoom wordt het microorganisme uitgeschakeld door deze enzymen en door de productie van grote hoeveelheden zuurstof-(respiratory burst) en stikstofradicalen. Ontstekingsreactie. De natuurlijke weerstand tegen invasie door micro-organismen wordt voor een belangrijk deel bepaald door een adequate ontstekingsreactie. Dit betreft het aantrekken van cellen en oplosbare factoren uit de bloedbaan. Histamine uit mestcellen, serotonine uit bloedplaatjes, prostaglandinederivaten en chemokinen (o.a. interleukine-8) afkomstig uit beschadigde weefselcellen (o.a. macrofagen) en geactiveerde comple-mentfactoren (vooral de chemotaxinen C5a en C3a) kunnen het ontstekingsproces in gang zetten. Het resultaat hiervan zijn de klassieke klinische tekenen van zwelling (tumor), vasodilatatie, (rubor), lokaal of algemeen verhoogde temperatuur (calor), pijn (dolor) en verlies van functie (figuur 1.22). Micro-organismen zelf dragen eraan bij door gefosforyleerde peptiden af te scheiden waarvoor fagocyten ook receptoren blijken te hebben; ze kunnen door de gastheercellen worden herkend dankzij hun TLR's. Een andere stof die bijdraagt tot de natuurlijke weerstand is het zogenoemde mannose-binding lectin (mbl), dat in plasma aanwezig is en zich aan bacteriën, gisten, schimmels, parasieten en virussen kan binden. Eenmaal gebonden activeert mbl het complementsysteem, waardoor het micro-organisme geopsoniseerd wordt en herkend kan worden door fagocyten, waarna de ontstekingsreactie op gang komt. Micro-organismen dragen zelf bij tot de schade door de inductie van cellysis (door intracellulaire vermeerdering van virus, parasieten, bacteriën), door de inwerking van endo-en exotoxinen (bacteriën, fungi, parasieten) en door het uitscheiden van enzymen en metabolieten (bacteriën, fungi en parasieten). Bij fungi en parasieten kan er als gevolg van hun grootte en groeiwijze sprake zijn van mechanische schade. Bij acute ontsteking zijn het in hoofdzaak de polymorfkernige neutrofiele granulocyten die uit de vaten treden (diapedese)en met behulp van de gradiënt van chemotaxinen de infectiehaard opzoeken. Bij virale infecties spelen in deze fase bepaalde cytotoxische lymfocyten ('natural killer'-cellen, nk-cellen) een rol, bij worminfecties geldt hetzelfde voor de eosinofiele granulocyten. Activering van weefselmacrofagen en van monocyten uit het bloed leidt tot de productie van interleukine-1 (il-1), tumornecrosefactor (tnf) en andere signaalstoffen. Wanneer voldoende van deze signaalstoffen vanuit de ontstekingshaard in de circulatie komen, verhogen zij de prostaglandine-E2synthese in de hypothalamus, wat via het thermoregulatiecentrum leidt tot spiercontractie en vasoconstrictie. De resultante is verhoging van de lichaamstemperatuur, koorts, een van de belangrijkste verschijnselen van een ernstige infectieziekte (figuur 1.23). De koortsreactie van de gastheer draagt bij tot zijn overleving door versterking van de ontstekingsreactie en die van de immuunrespons, terwijl de groei van het micro-organisme wordt geremd. De acute ontstekingsreactie kan resulteren in Tabel 1.13 Toll-like receptorfamilie met liganden van micro-organismen. een zodanige opeenhoping van dode cellen, granulocyten en serumfactoren dat er een weke massa, pus, wordt gevormd. Grotere collecties pus in weefsel of in bestaande lichaamsholten noemen we abcessen respectievelijk empyemen. Als pathogene micro-organismen de eerste ontstekingsreactie weerstaan (zie verder), kan zich ter plekke een chronische ontstekingsreactie ontwikkelen waarbij geactiveerde mononucleaire fagocyten, lymfocyten en weefselcellen (fibroblasten) betrokken zijn; dergelijke haarden van chronische ontsteking worden granulomen genoemd. De producten van de ontstekingsreactie kunnen echter ook bijdragen tot de ernst van de ziekte. Hoge concentraties tnf en andere cytokinen in serum zijn geassocieerd met schade aan vaatendotheel dat trombogeen en procoagulant wordt, waardoor diffuse intravasale stolling optreedt in de capillairen. Marginatie, adherentie en activatie van leukocyten leiden tot verdere schade van de capillairwand, wat tot uiting komt in massale extravasatie van plasma en daling van de perifere vaatweerstand (septische shock, figuur 1.23). Het risico van septische shock neemt toe wanneer de microorganismen zelf (of hun toxinen) in de bloedbaan doordringen en de daar aanwezige grote aantallen leukocyten activeren, of direct het endotheel van de vaatwand beschadigen. Na enkele dagen verschijnen antistoffen en later ook cellulaire componenten die de gastheerweerstand versterken. Het verworven immuunsysteem (adaptive immunity) werkt intensief samen met het aangeboren systeem maar ontstaat later in het ziekteproces, bevat andere celtypen (T-en B-lymfocyten) en reageert langza-mer (dagen tot weken). Herkenning van een antigeen gebeurt via receptoren die uiterst specifiek zijn (B-celreceptor, BCR; T-celreceptor, TCR). Dendritische cellen (DC's) en macrofagen zijn fagocyterende en antigeenpresenterende cellen die het aangeboren immuunsysteem verbinden met het verworven immuunsysteem. Zij kunnen bacteriën, schimmels en parasieten opnemen in fagosomen (exogene route). Na fusie met lysosomen tot fagolysosoom volgt proteolyse, wat peptiden oplevert. Die worden vervolgens door MHC-moleculen aan het celoppervlak gebracht en zo aan T-cellen aangeboden, een fenomeen dat antigeenpresentatie wordt genoemd. Antigenen in de cytosol afkomstig van virussen (endogene route) kunnen eveneens via MHC aan het celoppervlak worden gebracht ter activatie van T-cellen. De klassieke associatie van de exogeen opgenomen micro-organismen is die met MHCklasse II (MHC-II), terwijl de endogene route leidt tot klasse-I-presentatie (MHC-I). MHC-I-presentatie van exogene antigenen afkomstig van extracellulaire (bijv. Streptococcus pneumoniae) of intracellulaire (bijv. Mycobacterium tuberculosis of leishmaniaparasiet) microorganismen is ook mogelijk en wordt kruispresentatie genoemd. Fagosomen dragen op deze wijze bij aan specifieke responsen tegen MHC-II-gerestricteerde CD4+-T-cellen en MHC-I-gerestricteerde CD8+-T-cellen. Na activatie en maturatie verliezen DC's hun fagocyterende functie maar brengen in toenemende mate moleculen aan het celoppervlak die betrokken zijn bij migratie en costimulatie van lymfocyten. Na migratie naar de lokale lymfeklier functioneren DC's als professionele antigeenpresenterende cellen voor het verworven immuunsysteem. De vele subtypen van DC's orkestreren de specifieke afweer, afhankelijk van antigeentype en dosis, door secretie van een wisselend mengsel van cytokinen. Als binding van costimulatiemoleculen op de membraan van lymfocyten optreedt (bijv. via CD28 op T-cellen, CD40 op B-cellen), worden deze cellen geactiveerd en gaan ze prolifereren en differentiëren. Onder invloed van dergelijke regulerende signalen start de effectorfase. CD4+-T-helpercellen (Th) vervullen een centrale rol en sturen de effectorfase via een aantal CD4+-T-celsubtypen (Th1, Th2 en Th17), die zich vooral onderscheiden door het cytokinenprofiel dat ze produceren. Th1 stimuleren via TNF-a en IFN-g de activiteit van macrofagen en CD8+-cellen en zijn dus van belang bij de afweer tegen virussen en intracellulaire bacteriën en parasieten (protozoa). IL4 en IL5 afkomstig van Th2cellen reguleren de differentiatie van B-cellen en ook de activatie van eosinofiele granulocyten. Deze beide reacties spelen een rol bij de eliminatie van extracellulaire bacteriën en parasieten (helminthen). Ten slotte produceren Th17-cellen IL17, IL22 en ook TNF-a en versterken zo de pro-inflammatoire ontstekingsreactie tegen schimmels en bepaalde bacteriën. Tijdens de effectorfase differentiëren B-cellen tot plasmacellen die specifieke antistoffen uitscheiden. Micro-organismen, gebonden door antistoffen, kunnen op verschillende manieren worden uitgeschakeld: 1 Neutralisatie: Antistoffen binden aan een membraanstructuur die belangrijk is voor overleving (bijv. eiwitten betrokken bij de invasie van een malariaparasiet in een rode bloedcel), of aan een toxine waardoor het zijn werking verliest. Immunologisch geheugen. Een speciale kwaliteit van lymfocyten is de ontwikkeling van een 'geheugen' na contact met een specifiek antigeen. De ontwikkeling van geheugencellen (memory cells) bevindt zich tussen de naïeve en de effectorfase. Na eerste expositie aan een pathogeen treedt klonale expansie op van voor dit pathogeen specifieke T-en B-cellen; het begrip immunologisch geheugen staat voor het ontstaan van dit hogere aantal van deze voorlopercellen (precursor cells). De anamnestische respons door deze geheugencellen, die periferie en weefsels scannen op hernieuwd binnendringen van hetzelfde micro-organisme, is sneller en heftiger dan de primaire respons. Geheugencellen zijn gevoeliger voor pathogene micro-organismen en gemakkelijker te activeren. Geheugencellen van type-Blymfocyten hebben een zogenoemde isotype switch ondergaan met affiniteitsmaturatie; zij produceren effectievere antistoffen van een ander isotype dan alleen IgM dat karakteristiek is voor de primaire respons. Bij elk volgend antigeen contact (secundaire, tertiaire en volgende respons) wordt de verzameling B-geheugencellen van steeds hogere kwaliteit en de afweer steeds efficiënter. De infectie wordt dus steeds sneller en in een vroeger stadium aangepakt, met minder of geen klinische symptomen tot gevolg. Hoewel de overgrote meerderheid van de antigeenspecifieke effectorcellen te gronde gaat na uitschakeling van het pathogeen (de zogenoemde contractiefase), ontwikkelt een kleine fractie zich tot geheugencellen. Het exacte mechanisme van de instandhouding van het immunologische geheugen is tot op heden niet precies bekend. Waarschijnlijk overleven deze cellen ook zonder antigeen in een omgeving waarin zij signalen krijgen voor proliferatie en overleving. Bepaalde cytokinen (IL15, IL7) spelen een sleutelrol bij de homeostase van het T-celgeheugen. Geheugencellen van het T-type lymfocyt (CD45 RO positief) zijn heterogeen en de langlevende T-geheugencellen (central memory T-cells) kunnen worden gekarakteriseerd door expressie van een groot aantal receptoren in hun membraan die betrokken zijn bij migratie en 'homing' van de cellen (CCR7, CD62L is L-selectine). Geheugen in het B-celcompartiment wordt verzorgd door B-geheugencellen en langlevende plasmacellen. Deze laatste zijn terminaal gedifferentieerde B-cellen die in het beenmerg verblijven en verantwoordelijk zijn voor persisterende antistofconcentraties in het plasma. B-geheugencellen vormen een dynamische verzameling van cellen die snel kunnen reageren op hernieuwde blootstelling aan een pathogeen door zich te differentiëren tot plasmacellen, wat resulteert in hoge titers specifieke antistoffen. Activatie en differentiatie van B-geheugencellen kunnen tot stand komen met de hulp van T-cellen maar ook via binding van TLR's die op de membraan (TLR2, TLR6) en endosomaal (TLR7, TLR9) permanent tot expressie komen. Op deze wijze draagt het TLR-systeem bij aan de instandhouding van het geheugen. Dit immunologische geheugen kan na infectie zeer lang voortbestaan, met halfwaardetijden van vijftig jaar voor antistofconcentraties tegen varicellazostervirus en tot meer dan tweehonderd jaar voor die tegen mazelen en de bof. Het bestaan van het immunologische geheugen vormt daarmee de basis voor de ontwikkeling en toediening van vaccins tegen pathogene micro-organismen. Vaccinatie beoogt het immunologische geheugen van de mens te induceren en te trainen zonder dat men de ziekte zelf doormaakt. Vaccinatiestrategieën hebben als doel ziektepreventie, vermindering van morbiditeit, of vermindering van sterfte. Voor enkele infectieziekten is volledige uitroeiing van de verwekker mogelijk gebleken (pokken, polio). Ontsnappen aan de weerstand. Micro-organismen kunnen op diverse manieren ontsnappen aan de effecten van de ontstekingsreactie en die van de specifieke immuunrespons. Micro-organismen proberen via verschillende wegen de effectorfuncties van het immuunsysteem te omzeilen (tabel 1.16). Intracellulaire pathogenen (Chlamydia, Leishmania, virussen) kunnen langdurig overleven doordat ze onbereikbaar of onherkenbaar zijn voor antilichamen zo lang ze hun gastheercel niet beschadigen, of door zodanig te veranderen dat de gastheercel zelf als vreemd object wordt gezien waartegen een cellulaire immuunrespons (herkenning door cytotoxische T-cellen) op gang komt. Bacteriën kunnen ontsnappen aan het bactericide milieu in fagocyten als zij de fusie van lysosomen met het fagosoom verhinderen (mycobacteriën, Chlamydia), of snel uit het fagosoom naar het cytoplasma treden (Listeria). Sommige bacteriesoorten (E. coli) maken ijzerbindende moleculen waardoor zij in een ijzerarm milieu overlevingskansen krijgen, of produceren proteasen waarmee zij IgA (Neisseria) of complementfactoren kunnen afbreken(Pseudomonas, Staphylococcus). Borrelia, Plasmodia, Trypanosoma, N. gonorrhoeae en influenzavirus ontwijken de immuunreactie door antigene variatie. Antigene variatie kan berusten op drie mechanismen: mutatie in het genetisch materiaal, recombinatie van genen van twee verschillende micro-organismen, en gen-switching. Als er antistoffen verschijnen, worden in het laatste geval de varianten met een andere antigene make-up gespaard en groeien deze snel uit. Bij bepaalde pathogene micro-organismen zijn zeer veel serotypen te onderscheiden (als gevolg van recombinatie of mutatie), zodat herhaalde infectie met dezelfde soort kan optreden. Een bijzondere wijze om te ontsnappen aan de immuunrespons is de onderdrukking ervan, zoals wordt gezien bij hiv, of juist de aspecifieke overstimulatie van het immuunapparaat door superantigeen producerende micro-organismen (streptokokken, stafylokokken). In lage concentraties kunnen zij de lymfocytenpopulaties zo stimuleren, dat er een shocksyndroom ontstaat (zie eerder). Verminderde weerstand door biomaterialen. In de directe nabijheid van biomaterialen zoals katheters en geïmplanteerde prothesen blijken de aangeboren en verworven immuniteit veel minder goed werkzaam. Er is ter plekke sprake van een bijzondere niche, waar bacteriën afkomstig van de huid of uit de lucht (vooral Staphylococcus epidermidis) kunnen overleven, ook intracellulair, en uitgroeien, waardoor chronisch indolente infecties ontstaan rond en op het biomateriaal. . Van groot belang hierbij is het gegeven dat besmette patiënten die nog niet ziek zijn, of niet ziek worden, wel besmettelijk kunnen zijn voor anderen; ook na volledig klinisch herstel blijft soms besmettelijkheid bestaan in de vorm van dragerschap en uitscheiding van het micro-organisme. Men dient zich te realiseren dat in veel gevallen een belangrijk deel van de verspreiding van infectieziekten op het conto moet worden geschreven van personen die zelf niet of nauwelijks ziek zijn, maar wel de ziekteverwekker herbergen en doorgeven. Bij polio en tuberculose bijvoorbeeld verloopt meer dan 90% van de infecties subklinisch; dit wordt ook wel het ijsbergfenomeen genoemd (figuur 1.26). Ten behoeve van de kwantitatieve epidemiologische benadering wordt de populatie gastheren gewoonlijk onderverdeeld in vier groepen: 1 personen die gevoelig zijn; 2 personen die besmet zijn maar nog niet besmettelijk voor anderen; 3 personen die ziek en besmettelijk zijn; 4 personen die hersteld en (tijdelijk) immuun zijn (figuur 1.27). Individuen gaan over van de ene groep naar de volgende met een bepaalde frequentie (overgangskans). Door geboorte en sterfte komen er individuen bij of verdwijnen er individuen uit de populatie. Voor sommige infecties is deze indeling in vier groepen niet relevant; bij worminfecties vindt geen vermeerdering in de gastheer plaats, maar worden cysten en andere levensvormen uitgescheiden die buiten de gastheer hun ontwikkelingscyclus doormaken; per individuele gastheer kan de wormlast ook sterk verschillen. Tot de meest bruikbare epidemiologisch maten behoren de incidentie, prevalentie, morbiditeit, mortaliteit en letaliteit van een infectieziekte (tabel 1.17). Specifiek voor infectieziekten is de transmissie van micro-organismen en daardoor van de ziekte. Een speciale vorm van incidentie is de secondary attack rate, waarmee de verspreiding van een infectieziekte binnen een gezin of gesloten gemeenschap wordt beschreven. Deze wordt uitgedrukt als het percentage van de aan een besmettelijk indexgeval blootgestelde personen dat de ziekte ontwikkelt. Een gelijksoortig begrip is de basic reproductive rate (R 0 ), die gedefinieerd wordt als het gemiddelde aantal secundaire ziektegevallen dat door een primaire casus wordt veroorzaakt onder een groep gevoelige individuen die nog niet immuun zijn voor de ziekte. Deze begrippen zijn dus een maat voor de besmettelijkheid van een infectieziekte. Een epidemie kan dan worden gedefinieerd als het plotseling toenemen van het aantal ziektegevallen in een gemeenschap of geografisch gebied. In een kleine gemeenschap, bijvoorbeeld een ziekenhuis, spreekt men van een uitbraak (outbreak). Wanneer een besmettelijke infectieziekte grote delen van de aarde treft, spreekt men van een pandemie; aids, cholera en de Mexicaanse griep uit 2009 zijn recente voorbeelden van pandemieën. Als een infectieziekte tevoren al in zekere mate onder de bevolking voorkwam, spreekt men van een endemie. In een endemische situatie is er een evenwicht tussen het aantal infecties onder het gevoelige deel van de populatie en de instroom van nieuwe gevoelige individuen door geboorte en immigratie; dat wil zeggen dat elke infectie gemiddeld één nieuwe infectie produceert (de feitelijke R 0 = 1). Ook bij endemische infectieziekten treden wel pieken en dalen op in de incidentie, afhankelijk van de besmettelijkheid van de ziekte, de immuniteit die deze bij de herstelde gastheer achterlaat en de antigene variatie die de verwekker tentoonspreidt. Het golfkarakter berust op het grote aantal ongevoeligen dat tijdens de voorafgaande piekincidentie is ontstaan en de tijd die het kost om door instroom van gevoelige individuen weer de omstandigheden voor een nieuwe verspreidingsgolf te creëren. Gedurende enige tijd zijn binnen een dergelijke populatie ook de personen die wel gevoelig zijn (aan de infectie ontsnapt tijdens de piekperiode) beschermd, omdat de ziekteverwekker nauwelijks meer binnen de populatie circuleert; men spreekt dan van groepsimmuniteit. Het bereiken van groepsimmuniteit is een van de doelstellingen van vaccinatie van de bevolking. De vaccinatiegraad, dat wil zeggen de fractie van de bevolking die werkelijk gevaccineerd is, moet dan wel voldoende hoog zijn. De voor groepsimmuniteit benodigde hoogte wisselt per ziekte. Sommige infectieziekten, onder andere de virale luchtweginfecties veroorzaakt door influenzavirus en respiratoir syncytieel virus, zijn seizoensgebonden. Het betreft dan steeds groepen ziekteverwekkers waartegen de mens onvoldoende of geen blijvende immuniteit opbouwt en waarvoor door menselijk gedrag en milieuomstandigheden de verspreidingskans in een bepaald seizoen het hoogst is (bijv. verblijf binnenshuis gedurende de wintermaanden of juist verblijf buitenshuis gedurende de zomermaanden). Een aantal endemische infectieziekten is zo besmettelijk dat men er al vroeg in het leven mee geconfronteerd wordt in de vorm van kinderziekten zoals waterpokken (andere typische kinderziekten zoals difterie, kinkhoest, mazelen, rode hond en bof zijn in Nederland dankzij het Rijksvaccinatieprogramma goeddeels verdwenen; zie verder). Bij de opkomst en neergang van infectieziekten in de samenleving spelen vele factoren een rol. De genetische flexibiliteit van pathogene micro-organismen is -zoals eerder in dit hoofdstuk genoemd -hierbij een belangrijk gegeven. Er zijn echter ook veel factoren in het spel die samenhangen met de sociaal-culturele aspecten van de samenleving (tabel 1.18). Waar men in de jaren zeventig nog optimistisch was en het einde van infectieziekten voorspelde, hebben vooral deze sociaal-culturele factoren ervoor gezorgd dat infectieziekten weer in opkomst zijn en vooralsnog de aandacht blijven vragen. Vooral in gebieden waar de bevolkingsdichtheid en de dichtheid van dieren het hoogst is, blijken de meeste risico's te bestaan voor het opduiken van nieuwe microbiële bedreigingen voor de mens. Zo zijn er in de tweede helft van de twintigste eeuw ruim 350 nieuwe infectieziekten en varianten van bestaande infectieziekten ontstaan (zie figuur 1.28). Diagnostiek van infectieziekten Infectieziekten presenteren zich net als andere ziekten in de vorm van klachten en symptomen die zich kunnen voordoen als gelokaliseerde of gegeneraliseerde aandoeningen en worden bepaald door de organen of tractus die bij de infectie zijn betrokken. Infectieziekten kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld. In dit boek worden infecties primair gegroepeerd op basis van het aangedane orgaan of tractus. Deze benadering sluit goed aan bij de klinische presentatie en het nadere (functie)onderzoek. Binnen een bepaalde groep infectieziekten kunnen zich verschillende verwekkers voordoen; een aanduiding als endocarditis of urineweginfectie wijst dus niet op een bepaalde verwekker. Infecties kunnen ook worden ingedeeld naar verwekker (bijv. meningokokkose, chlamydiose), bron van de infectie (bijv. voedselinfectie, zoönose), transmissieroute (bijv. seksueel overdraagbare aandoeningen), leeftijd van de patiënt (bijv. pasgeborenen), de situatie waarin de infectie wordt opgelopen (bijv.: reizigersziekten, ziekenhuisinfecties), of naar bepalende risicofactoren (bijv. postoperatieve wondinfecties, verlaagde weerstand). De indeling van dit leerboek is hiervan een reflectie, al wordt in eerste instantie de indeling per orgaan of tractus aangehouden. Deze benadering kan daardoor een overlap met zich meebrengen tussen hoofdstukken en ook op het niveau van de ziekteverwekkers, die meestal in meer dan een enkel orgaan een rol spelen. Om die overlap op het niveau van de verwekkers minimaal te houden, wordt van een relevante ziekteverwekker slechts op één plaats een systematische bespreking opgenomen, waarnaar in andere gevallen verwezen wordt. Wanneer een infectieziekte overwogen wordt, zijn voor de klinische benadering ervan de anamnese en het lichamelijk onderzoek essentieel. Het doel hiervan is het opstellen van een differentiële diagnose en een waarschijnlijkheidsdiagnose op grond waarvan eventueel aanvullend onderzoek (microbiologisch, klinisch-chemisch, radiologisch, pathologisch) kan worden ingezet. Soms is een definitieve diagnose mogelijk zonder aanvullend onderzoek, bijvoorbeeld bij de ziekte tetanus of in geval van waterpokken bij kinderen. Bij de anamnese van patiënten die worden verdacht van een infectieziekte, is speciale aandacht nodig voor de voorgeschiedenis van de patiënt, voor klachten die kunnen passen bij ontsteking en voor contacten met bronnen van pathogene micro-organismen (tabel 1.19). Bij het lichamelijk onderzoek dient op de eerste plaats een indruk van de algemene toestand van de patiënt te worden vastgelegd: maakt hij een zieke indruk of is er sprake van malaise, is de patiënt alert of juist verward en minder goed aanspreekbaar? Vervolgens worden de bloeddruk, pols-en ademhalingsfrequentie en de lichaamstemperatuur gemeten. Als er koorts is, kan de vraag beantwoord worden of er sprake is van een relatieve bradycardie (stijging polsfrequentie < 20/minuut voor iedere graad koorts). Dit is een belangrijke aanwijzing voor bepaalde infectieziekten zoals meningitis, tyfus en psittacosis. Een te lage lichaamstemperatuur komt in het kader van een infectieziekte ook weleens voor, onder andere bij ernstige vormen van sepsis. Er dient steeds een nauwkeurige inspectie plaats te vinden van de huid en van de slijmvliezen (ogen en mond-keelholte). Huid en slijmvliezen kunnen niet alleen een eerste indruk geven van de doorbloeding en oxygenatie (anemie, cyanose), maar ook belangrijke aanwijzingen opleveren voor bepaalde infecties (geelzucht). Naast de infecties van de huid en slijmvliezen zelf (herpes genitalis, wondroos, steenpuist e.d.), zijn huid en slijmvliezen ook betrokken bij gegeneraliseerde of elders gelokaliseerde aandoeningen zoals de virale exanthemateuze ziekten (rubella), roodvonk, endocarditis, intravasale stolling in het kader van een sepsissyndroom (perifere cyanose, petechiën), en bij auto-immuunreacties (erythema nodosum) en overgevoeligheidsreacties (erythema multiforme). Palpatie en auscultatie van borst-en buikholte alsmede onderzoek naar eventueel aangedane gewrichten completeren het lichamelijk onderzoek. In de borstholte gaat het om het opsporen van dempingen ten gevolge van longontsteking en om afwijkende of bijkomende geluiden (bijv. rhonchi en crepitaties) die kunnen passen bij een bronchitis, bronchopneumonie, bronchiolitis of pleuritis (pleurawrijven). Niet eerder opgemerkte hartgeruisen (souffles) zijn sterke aanwijzingen voor het bestaan van endocarditis en pericardwrijven voor het bestaan van een pericarditis. In de buikholte gaat het vooral om het vaststellen van de grootte van lever en milt en het inschatten van de darmfunctie op basis van de darmgeluiden. Bij een buikvliesontsteking (peritonitis) is de buikwand bij palpatie niet meer soepel maar pijnlijk en voelt hard aan. Bij een verlaagd bewustzijn of anderszins een vermoeden van hersenvliesontsteking dient te worden vastgesteld of de patiënt nekstijf is of niet. Als klinisch diagnostisch kenmerk is het tijdsbeloop van een infectieziekte van groot belang. Het beloop van een infectieziekte kan namelijk sterk variëren (figuur 1.29). Veel infecties treden acuut op en gaan binnen een aantal dagen of weken vanzelf weer over (self limiting diseases). De ziekteverwekker wordt dan geklaard. Voorbeelden zijn virale infecties van de luchtwegen (verkoudheid, griep) en darmen ('buikgriep'). Bacteriële infecties in deze tractus kennen veelal eenzelfde beloop (kinkhoest, salmonellose), hoewel de ernst van het klinische beeld (otitis media, bronchitis, gastro-enteritis) wisselend is. Een geheel ander beloop hebben de persisterende infecties, waarbij na een eerste fase met klachten de patiënt weliswaar klinisch opknapt maar de ziekteverwekker niet uit het lichaam verdwijnt. Het oorzakelijke microorganisme vermenigvuldigt zich en handhaaft zich gedurende langere tijd in de gastheer. Veelal zijn de aangedane personen klinisch niet (meer) ziek, maar zijn zij nog wel besmettelijk voor andere personen. Een goed voorbeeld is leverontsteking door het hepatitis B-of hepatitis C-virus. Een variant hierop zijn chronische infecties, waarbij na de eerste (klinische) fase het microorganisme ook persisteert maar dan op een latente wijze. Er treedt gedurende langere tijd nauwelijks of geen vermeerdering op van het aantal micro-organismen en de patiënt is dan ook niet besmettelijk voor andere personen. Karakteristiek voor dit beloop is dat de ziekte weer de kop kan opsteken, reactiveert, wat gepaard gaat met hernieuwde groei van het micro-organisme. De patiënt wordt dan ook weer besmettelijk. Een dergelijk beloop is typisch voor herpesvirusinfecties (herpessimplex-en varicellazostervirus), voor malaria tertiana (Plasmodium vivax) en voor tuberculose. Bij andere chronische infectieziekten ten slotte is de beginfase niet of nauwelijks klinisch manifest, maar vermeerdert de verwekker zich ongemerkt in de gastheer en neemt de schade over langere tijd langzaam maar zeker toe totdat deze zo groot is geworden dat de ziekte klinisch manifest wordt. Voorbeelden van infecties met een dergelijk sluipend beloop zijn ziekten veroorzaakt door het humaan immunodeficiëntievirus (aids) en door prionen (creutzfeldt-jakob-ziekte), maar ook een H. pylori-infectie van de maag en infectie met humaan papillomavirus van het slijmvlies van de baarmoederhals. Bij deze laatste twee infecties kan de eerste manifestatie zelfs het optreden van tumorgroei zijn. Uit de bespreking van de vele mogelijke verwekkers van infectieziekten in de voorgaande paragrafen zal duidelijk zijn, dat naast de klinische presentatie van een infectieziekte als regel nog aanvullende informatie nodig is om de precieze aard van de verwekker te achterhalen en tot een volledige diagnose te komen. Een infectieziekte heeft initieel vaak een weinig specifiek karakter; zij begint bijvoorbeeld met een 'griepachtig beeld met koorts'. Aanvullende informatie is dan nodig en kan worden verkregen door allerlei vormen van aanvullend onderzoek. Het is belangrijk om globale kennis te hebben van de werkwijze van het laboratorium, omdat nauwkeurige afstemming van de klinische benadering met deze werkwijze vereist is. Aanvullend onderzoek in het medisch-microbiologisch laboratorium heeft ten doel de identiteit van de ziekteverwekker vast te stellen en daarnaast zijn gevoeligheid voor antimicrobiële middelen, zodat de diagnose met zekerheid gesteld kan worden en de behandeling een rationele basis kan vinden. De identificatie van de verwekker en zijn eigenschappen is van groot praktisch belang: alle klinisch relevante aspecten van een infectieziekte worden daardoor bepaald. Dit betreft de mogelijke ernst van de ziekte en de duur ervan, de noodzaak om antimicrobiële therapie te starten en welk middel dan gegeven moet worden en bovendien -als een aspect dat uniek is voor infectieziekten -welke risico's er bestaan dat de ziekte zich in de omgeving van de patiënt zal verspreiden (binnen en buiten het gezin). Voor veel infectieziekten is aanvullend microbiolo-gisch laboratoriumonderzoek niet geïndiceerd, vooral niet voor die alledaagse infecties die klinisch mild verlopen en ook zonder zekerheidsdiagnose of gerichte therapie empirisch kunnen worden behandeld of vanzelf genezen (bijv. verkoudheid, een ongecompliceerde urineweginfectie of een steenpuist in de huisartsenpraktijk). Anderzijds kan het succes van de behandeling juist afhangen van het resultaat van tijdige diagnostiek in een medisch-microbiologisch laboratorium: heeft de patiënt met hoge koorts die net terug is uit de tropen malaria of niet, is er bij een kind met hoofdpijn en koorts sprake van een hersenvliesontsteking? De afweging om aanvullende laboratoriumdiagnostiek aan te vragen is een belangrijke verantwoordelijkheid voor de behandelend arts; kennis over de mogelijkheden en klinische waarde hiervan is dan ook noodzakelijk. Ten slotte draagt laboratoriumdiagnostiek bij tot de surveillance van infectie- Het transport moet kort duren omdat micro-organismen bij omgevingstemperatuur kunnen blijven groeien (vooral bacteriën en fungi), waardoor onjuiste kwantitatieve gegevens ontstaan. Anderzijds zijn sommige micro-organismen niet goed bestand tegen transport of overleven zij maar kort buiten het lichaam van de patiënt; dit geldt vooral voor virussen, sommige (anaerobe) bacteriesoorten en trofozoïeten (vegetatieve vormen van protozoën). Bij langere transportlijnen (> 2 uur) zijn daarom afkoeling en transport op koelkasttemperatuur of in speciale transportmedia noodzakelijk. Andere monsters, bijvoorbeeld feces voor onderzoek op parasieten, kunnen voor transport worden behandeld met een fixatief. De verantwoordelijkheid voor afname en transport van patiëntenmonsters dient daarom in goed overleg tussen de aanvragend specialist en de verantwoordelijke arts-microbioloog te worden vastgelegd. De klinische waarde van laboratoriumdiagnostiek hangt ook af van de snelheid waarmee de uitslagen de aanvragend arts weer bereiken en van de juiste interpretatie van de resultaten door de behandelend arts en zijn consulenten. Snelle tests hebben doorgaans meer effect op het klinisch handelen dan onderzoek dat dagen en soms weken in beslag neemt. die enzymgelabelde antistoffen gebruiken ter herkenning (figuur 1.32). De directe tests hebben als grote voordeel hun snelheid; een resultaat is binnen minuten tot een paar uur beschikbaar. Daartegenover staan wel belangrijke beperkingen. In de eerste plaats is de sensitiviteit vergeleken met andere benaderingen (zie verder) als regel veel lager. Bij de diagnostiek van de meeste infectieziekten kan men daarom niet volstaan met alleen een directe test. Verder stellen deze technieken soms hoge eisen aan de kwaliteit van het afgenomen materiaal. Vanwege deze en andere praktische beperkingen (arbeidsintensief, tijdrovend, kostbare apparatuur) speelt ook de elektronenmicroscopie in de routinediagnostiek van virusinfecties geen rol van betekenis. Klassiek en het meest gebruikelijk is de isolatie van de ziekteverwekker in kweek en het vervolgens vaststellen van de identiteit (de naam) van het isolaat op basis van een aantal biologische eigenschappen. De isolatie van de meeste bacteriën, fungi en enkele parasieten kan op niet-levende voedingsbodems plaatsvinden, voor virussen is kweek op een gastheercellijn nodig. Om overgroei door contaminanten vanuit de commensale flora te voorkomen, worden media gebruikt die selectief de groei van pathogene micro-organismen bevorderen en ze herkenbaar maken tussen de niet-pathogene flora (electieve media). Bij virusdiagnostiek is in dit verband de keuze van de gastheercellijnen van belang omdat virussen beperkt zijn in de soorten cellijnen waarin ze goed gedijen. Bij de klassieke kweek tracht men eerst de verwekker in zuivere vorm in handen te krijgen, dat wil zeggen zonder bijkomende microflora (figuur 1.33a) . Eenmaal in reinkweek gebracht, worden bacteriële isolaten onderzocht op hun morfologie, gramreactie of andere kleuring, groeibehoefte (incl. aerobe versus anaerobe groeimogelijkheden) en getest op een aantal biochemische eigenschapen (bezit van bepaalde enzymen (bijv. oxidase en katalase) en het vermogen om bepaalde substraten om te zetten (bijv. glucosefermentatie)). Bacteriën worden routinematig getest op hun gevoeligheid voor antimicrobiële middelen (figuur 1.33b), waarbij de bacteriesoort bepaalt voor welke serie antibiotica het isolaat wordt onderzocht; niet alle mogelijke combinaties tussen bacteriën en antibiotica zijn relevant voor de dagelijkse praktijk (zie verder). Hiertoe wordt in vitro nagegaan of er groeiremming optreedt bij antibioticaconcentraties die klinisch haalbaar zijn. De uitslag is dan gevoelig (sensitive, S of +), verminderd gevoelig (intermediate, I of +/-), of ongevoelig (resistant, R of -). Voor bepaalde fungi, zoals gist, zijn gevoeligheidstests voorhanden, voor de andere ziekteverwekkers zijn deze (nog) niet beschikbaar of worden ze, gezien hun complexiteit, niet of nauwelijks toegepast. Virussen hebben evenzeer een bruikbaar biologisch effect: zoals besproken in paragraaf 1.3.1 kunnen zij geschikte levende cellen infecteren. Wanneer patiëntenmateriaal op geschikte levende cellen wordt gebracht, kunnen die na één of meer dagen duidelijke microscopische verschijnselen vertonen van een virusinfectie, of zelfs compleet te gronde gaan (het cytopathogeen effect). Het soort cytopathogeen effect geeft al een belangrijke aanwijzing over de aard van het virus dat in het patiën-tenmateriaal aanwezig was. Bij virusisolaten wordt voor de definitieve identificatie veelal gebruikgemaakt van specifieke fluorescerende antisera, waarmee met zekerheid de identiteit van het geïsoleerde virus kan worden vastgesteld (zoals hiervoor beschreven bij de directe detectie; zie figuur 1.34). Ook voordat een cytopathogeen effect zichtbaar wordt, is met behulp van fluorescerende antistoffen vaak al viraal antigeen in de cellen aantoonbaar ('blinde fluorescentie', een beproefde methode om sneller een resultaat te verkrijgen). Deze kweektechnieken zijn van grote waarde in de j a j b De DNA-technologie is van grote waarde gebleken bij het vaststellen van de klonaliteit van infecties in een gemeenschap. Genotypering maakt ook gebruik van de PCR en van zogenoemde restrictie-enzymen (van nature in micro-organismen voorkomende enzymen die vreemd DNA afbreken) die DNA-moleculen op specifieke plaatsen kunnen knippen. Door de zo verkregen DNA-fragmenten in een gel te brengen en in een elektrisch veld op grootte van elkaar te scheiden, ontstaan unieke bandenpatronen die men ook wel microbiële fingerprints noemt (figuur 1.36). Ook is het mogelijk van stukjes microbieel DNA de exacte basenvolgorde te bepalen ('sequencen'), waardoor de genetische verwantschap nog meer in detail kan worden bestudeerd. Voor bacteriën en eukaryote cellen wordt gebruikgemaakt van multilocus sequence typing (MLST). Daarbij wordt gezocht naar polymorfismen in een beperkt aantal (5-10) zogenoemde huishoudgenen, dat zijn genen die in alle cellen van de soort voorkomen en betrokken zijn bij hun metabolisme. Aan de hand van puntmutaties in dergelijke genen kunnen met MLST nauwkeurig de fylogenetische relaties tussen diverse isolaten binnen dezelfde soort worden vastgesteld. Ten slotte is nucleïnezuurdetectie de basis voor de nauwkeurige kwantificering van pathogenen bij chronische infecties (bijv. de zogenoemde viral load van hiv, die wordt bepaald door de hoeveelheid hiv-RNA-genoomequivalenten in plasma te meten). Ook bij het microbiologisch monitoren van reactiverende (herpes)virusinfecties bij bepaalde groepen immuungecompromitteerde patiënten zijn kwantitatieve PCR's zeer belangrijk gebleken voor het klinisch beleid. De resistentie van hiv voor antiretrovirale middelen wordt bepaald op grond van sequentieanalyses van het virus uit de patiënt; bepaalde mutaties in het virusgenoom correleren met de verminderde gevoeligheid voor de anti-hivmiddelen. Nieuwe benaderingen in de microbiologische diagnostiek maken gebruik van massaspectrometrie, waarbij geïoniseerde fragmenten van bijvoorbeeld bacteriën een massaspectrum genereren dat door koppeling aan een databank direct geanalyseerd kan worden. Een andere fysische methode, ramanspectroscopie, analyseert het spectrum van gereflecteerd laserlicht, dat voor diverse soorten micro-organismen specifieke spectra oplevert die bruikbaar zijn voor identificatie en zelfs typering binnen de soort. Dergelijke analysemethoden kosten slechts seconden tot minuten. Deze en vergelijkbare ontwikkelingen kunnen vooral de snelheid en efficiency van het microbiologisch onderzoek verder verbeteren. Gebruikmaking van de immuunreactie van de gastheer is een principieel andere, indirecte, benadering in vergelijking met de voorafgaande methoden van diagnostiek: niet het micro-organisme wordt aangetoond maar de immuunreactie van de gastheer tegen een pathogeen. De humorale immuunrespons, dat wil zeggen de productie van specifieke antistoffen, wordt hiervoor het meest gebruikt. Specifieke antistoffen van de IgG-, IgM-en IgA-klassen zijn met behulp van gezuiverd microbieel antigeen technisch vrij eenvoudig en goedkoop aan te tonen in het serum van de patiënt (elisa, complementbinding, immunofluorescentie, precipitatie en agglutinatiereacties). Deze benadering wordt ook wel de 'serologie' genoemd. Een ander voordeel is dat serologie een diagnose mogelijk maakt zelfs als het oorzakelijke pathogeen al uit de gastheer verdwenen is; eenmaal gevormde antistoffen blijven immers lang, soms levenslang, in serum aantoonbaar. Tegenover deze voordelen staan echter ook beperkingen van de serologie. Ten eerste is er altijd tijd nodig voordat een immuunreactie meetbaar wordt; een paar weken vanaf het begin van de infectie gerekend, korter als men rekent vanaf het ontstaan van ziekteverschijnselen. Bij het begin van een infectieziekte kan deze benadering meestal nog geen uitsluitsel geven. Ten tweede is de relatie tussen aangetoonde antistoffen en actuele klinische ziekte is niet zonder meer evident: die antistoffen kunnen immers ook zijn voortgekomen uit een infectie op een eerder moment. Detectie van pathogeenspecifieke antistoffen van de IgM-klasse, die vooral bij de primaire respons worden gevormd, duidt op een recente infectie; ook het aantonen van een significante titerstijging in gepaarde sera (afgenomen met een interval van twee tot drie weken) is indirect bewijs voor de oorzaak van de infectie. Ten derde kunnen ernstig verlopende infecties juist voortkomen uit een onvermogen van de gastheer om een beschermende immuunrespons te genereren; bij immuungecompromitteerde gastheren is serologie meestal dan ook niet mogelijk. Ten slotte kunnen zogenoemde kruisreacties, voortkomend uit analoge antigene structuren bij andere micro-organismen, de interpretatie van de immuunrespons bemoeilijken. Naast de humorale immuunrespons wordt tegenwoordig ook gebruikgemaakt van de cellulaire respons als diagnosticum. In vitro kunnen bloedlymfocyten getest worden door stimulatie met specifieke antigenen, waarbij de productie van interferon-g door de lymfocyten als maat voor de reactiviteit geldt (IGRA: Interferon Gamma Release Assay). Dit gebeurt tegenwoordig routinematig om de diagnose tuberculose te bevestigen. In vivo gebeurt dit van oudsher door de mantouxreactie, een cellulaire immuunreactie in de huid tegen tuberculineantigeen, die aanwijzingen geeft voor besmetting met en infectie door Mycobacterium tuberculosis. Bij de interpretatie van een laboratoriumuitslag gaat het vooral om de voorspellende waarde van een positieve of negatieve bevinding. Deze waarden worden enerzijds bepaald door de gevoeligheid of sensitiviteit (= percentage personen met de ziekte dat door de test wordt opgespoord, dit zijn de juist-positieve uitslagen, de rest is foutnegatief) en de specificiteit (= percentage niet-zieke personen dat ook als negatief uit de test rolt, de juist-negatieve uitslagen, de rest is foutpositief) van de gebruikte testmethode, en anderzijds door de prevalentie van de infectieziekte die men ermee wil aantonen of uitsluiten. De positief voorspellende waarde (positive predictive value, PPV) geeft de kans aan dat iemand met een positieve testuitslag ook werkelijk aan de ziekte lijdt, terwijl de negatief voorspellende waarde (negative predictive value, NPV) de kans weergeeft dat iemand met een negatieve testuitslag de ziekte ook inderdaad niet heeft. De PPV is het aantal juist-positieve uitslagen gedeeld door het aantal juist-en foutpositieve uitslagen (6100) terwijl de NPV het aantal juistnegatieve uitslagen is, gedeeld door het aantal juist-en foutnegatieve uitslagen (6100). Gevoeligheid en specificiteit zijn op de eerste plaats eigenschappen van de test zelf, terwijl de prevalentie van de ziekte in de populatie waaruit een patiënt afkomstig is, testonafhankelijk is. De prevalentie (in dit kader ook wel de a-priorikans genoemd) heeft echter een grote invloed op de voorspellende waarde, omdat daarmee de onderlinge verhouding tussen juiste en foute uitslagen sterk wordt beïnvloed. Als de prevalentie van de op te sporen ziekte laag is, zoals vaak het geval is bij screeningsonderzoek, heeft men een test met een hoge specificiteit nodig, omdat men anders in de situatie komt dat de meeste positieve uitslagen fout zijn (een lage PPV). Anderzijds zal men veelvoorkomende, ernstige, aandoeningen niet willen missen en heeft men in die situatie behoefte aan een gevoelige test (zo weinig mogelijk foutnegatieven, een hoge NPV). Behandeling van infectieziekten Een van de strategieën bij de bestrijding van infectieziekten is de eliminatie van ziekteverwekkers van lichaamsoppervlakken en, na invasie, ook uit het lichaam, met behulp van antimicrobiële middelen. Centraal in deze strategie is het gebruik van moleculen die selectief toxisch zijn voor het pathogene micro-organisme en die niet of nauwelijks schadelijk zijn voor de patiënt of gastheer. Antimicrobiële middelen zijn in dit opzicht te onderscheiden van desinfectantia. Een desinfectans is net zo schadelijk voor de gastheercellen als voor het pathogene micro-organisme. Desinfectantia kunnen daarom alleen worden toegepast op de huid (dode, gekeratiniseerde celresten) en sommige ook kortdurend op de slijmvliezen. Desinfectie en sterilisatie komen aan het eind van dit hoofdstuk aan de orde. De selectiviteit van antimicrobiële middelen berust op hun specifieke interactie met moleculen en enzymsystemen die alleen bij pathogene micro-organismen voorkomen. Het is gemakkelijker gebleken dergelijke moleculen voor bacteriën te vinden dan voor de evolutionair dichter bij de mens staande parasieten en fungi. Voor virale infecties heeft men eerst gedetailleerd inzicht moeten verwerven in de replicatie van de diverse virussen om specifieke en selectieve aangrijpingspunten te definiëren en daarop antivirale moleculen te ontwikke-len die de intracellulaire virusreplicatie kunnen remmen. De selectiviteit is meestal niet absoluut, zodat er in hogere concentraties toch bijwerkingen van deze groep geneesmiddelen bestaan. De marge tussen de werkzame dosis en de toxische dosis, de therapeutische breedte, is voor elke stof anders en wisselt ook per patiënt. Als verhouding uitgedrukt noemt men dit de therapeutische ratio. Gebruik van antimicrobiële middelen levert in ecologische zin steeds een selectiedruk op in het voordeel van die (mutanten van) micro-organismen die verminderd of in het geheel niet gevoelig (meer) zijn voor het toegepaste middel. De verminderd gevoelige populatie overleeft de expositie aan het middel en groeit uit dankzij het selectievoordeel; deze populatie is immers niet of minder gevoelig voor het antimicrobiële middel in het milieu. Dit levert resistentie op, wat in de kliniek tot falen van de behandeling kan leiden. Als resistente klonen van micro-organismen zich kunnen vermenigvuldigen en verspreiden (expansie) van mens tot mens, ontstaan er lokale uitbraken van resistentie, epidemieën of zelfs pandemieën met resistente microorganismen (figuur 1.37). Preventie van resistentie vraagt enerzijds om prudent gebruik van deze middelen en anderzijds om adequate barrières tegen de verspreiding van eenmaal geselecteerde resistente klonen. Vooral in ziekenhuizen is antimicrobiële resistentie een urgent probleem geworden, maar ook in de huisartsenpraktijk kunnen resistentieproblemen ontstaan. Ten slotte blijkt het gebruik van antimicrobiële middelen in de bio-industrie ook tot expansie van resistente micro-organismen te leiden, die soms worden overgebracht naar de humane sector: resistentie als een zoönotische bedreiging! Antimicrobiële middelen dienen op de plaats van de infectie te komen om daar hun werking te kunnen uitoefenen. Orale of parenterale toediening van antimicrobiële middelen, de opname in en verspreiding van deze middelen door het lichaam en ook de wijze waarop ze weer worden uitgescheiden of afgebroken in het lichaam, zijn het onderwerp van de farmacokinetiek. Voor oraal toe te dienen middelen is het bijvoorbeeld van belang hoeveel van het toegediende middel wordt opgenomen via de tractus digestivus en in de bloedbaan beschikbaar komt (bioavailability). Een andere belangrijke farmacokinetische eigenschap is de verdeling van antimicrobiële middelen over de diverse lichaamscompartimenten, bijvoorbeeld de mate waarin ze kunnen doordringen in weefsels en cellen. Dit gegeven is voor de behandeling van intracellulair levende of zich replicerende verwekkers (Chlamydia, Mycobacteriae, virussen) uiteraard van doorslaggevende betekenis. Middelen die goed in cellen en weefsels doordringen hebben meestal een meer lipofiel karakter dan middelen die alleen in de waterfase buiten de cellen kunnen komen; zij passeren gemakkelijk de lipidemembranen van cellen. Dergelijke middelen hebben dan ook een veel groter verdelingsvolume in het menselijk lichaam dan de hydrofiele anti- microbiële middelen. Een bijzondere barrière voor geneesmiddelen is de bloed-hersenbarrière; veel antimicrobiële middelen dringen slecht door deze barrière heen en zijn daarom niet geschikt voor de behandeling van meningitis of andere infecties in het centraal zenuwstelsel. Veel middelen worden onveranderd weer uitgescheiden via de nier (renale klaring), of via de lever en galwegen. Sommige middelen worden geheel of gedeeltelijk afgebroken in het lichaam, waarbij metabolieten ontstaan. Van dit fenomeen wordt onder meer gebruikgemaakt om zogenoemde pro-drugs toe te dienen, die pas na modificatie in het lichaam (meestal in de lever) actieve stoffen opleveren. De farmacodynamiek beschrijft het effect van het middel op de verwekkers in vivo in relatie tot de farmacokinetische eigenschappen ervan. Antimicrobiële middelen zijn grofweg te verdelen in twee farmacodynamische categorieën: 1 Middelen waarbij het antimicrobiële effect direct afhangt van de te bereiken concentratie. Hoe hoger de concentratie die in de infectiehaard bereikt wordt, des te groter het antimicrobiële effect. Minder belangrijk is hoe lang de concentratie van het middel boven de miniaal remmende concentratie voor het desbetreffende micro-organisme blijft. Hoge doses met langere intervallen zijn het meest effectief. 2 Middelen waarbij het antimicrobiële effect niet groter wordt naarmate men de concentratie verhoogt, zo lang deze maar hoger dan de minimaal remmende concentratie blijft. Bij deze middelen moet men ervoor zorgen dat, door voldoende frequent te doseren of door continue infusie, de tijd dat de weefselconcentratie van het middel onder de minimaal remmende concentratie voor het desbetreffende microorganisme is, zo kort mogelijk is. Zowel de farmacokinetische als de farmacodynamische aspecten zijn belangrijk bij de afweging welk geneesmiddel in welke dosis en met welke frequentie gegeven moet worden en hoe lang de behandeling moet duren. In deze afweging speelt de (weerstand van de) gastheer ook een rol, en daarnaast het risico op het optreden van bijwerkingen, waaronder selectie en verspreiding van resistente micro-organismen. Ten slotte speelt ook de kosteneffectiviteit van een behandeling een rol bij het maken van een keuze. Het scala van bruikbare antifungale middelen is beperkt. Deze middelen grijpen in op de synthese of functie van de cytoplasmamembraan (vooral op de voor fungi specifieke ergosterolen) of op de nucleïnezuursynthese. De azolen (fluconazol, miconazol, itraconazol, voriconazol) en de polyenen (amfotericine B en nystatine) behoren tot de eerste groep, de pyrimidinen (flucytosine) en de benzofuranen (griseofulvine) tot de tweede. Met uitzondering van de polyenen zijn ze slechts fungistatisch, terwijl de fungicide polyenen een geringe therapeutische breedte hebben (nystatine is daardoor alleen uitwendig bruikbaar). Een relatief nieuwe klasse antifungale middelen zijn de echinocandinen (caspofungine (figuur 1.40), anidulafungine, micafungine), middelen die de synthese van bètaglucaan in de celwand remmen; ze zijn fungicide voor gistsoorten en fungistatisch voor aspergillussoorten. De selectiviteit bij al deze antifungale middelen is geringer dan bij de antibacteriële middelen, zodat bijwerkingen vaker worden gezien. De aard van een virusinfectie, die in hoge mate afhankelijk is van het metabolisme van de gastheercel, maakt dat aangrijpingspunten voor gerichte (specifieke) behandeling schaars zijn. Immers, processen remmen die ook voor de gastheercel zelf van belang zijn, leidt snel tot toxische effecten van de behandeling. Gelukkig is het, door toenemend inzicht in de moleculaire details van de virusreplicatie, nu vaak mogelijk virusspecifieke processen te herkennen waarop therapie gericht kan worden. Vaak betreft dit processen die afhankelijk zijn van viraal gecodeerde enzymen en zoals uit de beschrijving van de virusreplicatie bleek, betreft dit vaak specifieke stappen in het nucleïnezuurmetabolisme. In figuur 1.41 zijn de nu beschikbare aangrijpingspunten weergegeven met de middelen die daarop gericht zijn bij verschillende virusinfecties. De meeste remmers zijn slechts werkzaam tegen specifieke virussen en hebben dus een smal spectrum. Er is in de jaren negentig van de vorige eeuw veel vooruitgang geboekt met het onderzoek naar remmers van de hiv-replicatie, waardoor momenteel tegen die infectie een indruk- Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes wekkend aantal antivirale middelen beschikbaar is. Dat betreft zelfs verschillende categorieën middelen. Er is geen reden om aan te nemen dat hiv uitzonderlijk is wat de mogelijkheden van antivirale therapie betreft. Ook tegen hepatitis B en C, herpesvirussen en influenzavirus bestaat inmiddels een zeer werkzame behandeling, maar tegen veel andere virusinfecties nog niet of nauwelijks. Soms is ook de pathogenese van virusinfecties een beperking, in de zin dat de klinische verschijnselen pas optreden als de replicatie al is opgehouden en dus vooral immunopathologisch van aard zijn. Resistentie tegen de antivirale middelen treedt evenzeer op en berust op dezelfde principes (selectie van mutanten met verminderde gevoeligheid). Bij de behandeling van hiv-infecties is men inmiddels overgegaan op combinatietherapieën van twee of drie middelen: bij voorkeur middelen met verschillende aangrijpingspunten, om resistentie te voorkomen en een beter antiviraal effect te bereiken. Deze intensieve vorm van hiv-therapie is zeer succesvol gebleken in het onderdrukken van de hiv-replicatie en het voorkomen van resistente hiv-varianten, Aanvankelijk vaak optredende bijwerkingen zijn door het grote arsenaal van nieuwe middelen inmiddels veel minder een probleem. Dergelijke combinatietherapieën worden van oudsher overigens ook bij andere infectieziekten (bijv. tuberculose) toegepast. Steeds beoogt men daarmee het antimicrobiële effect van de behandeling te verhogen en/of het risico op het ontwikkelen van resistentie te verkleinen. Bij de antiparasitaire middelen moet onderscheid worden gemaakt tussen de middelen die werkzaam zijn tegen protozoaire parasieten en die tegen worminfecties; ectoparasieten worden weer met geheel andere middelen bestreden. Het merendeel van de antiprotozoaire middelen grijpt aan in de nucleïnezuursynthese van deze parasieten, terwijl de meeste middelen gericht tegen wormen ingrijpen op de glycolyse of op de functie van het neuromusculaire systeem van deze parasieten. Ook bij deze middelen is de specificiteit beperkt en kan resistentie ten gevolge van mutatie en selectie optreden. Sommige middelen zijn zelfs werkzaam tegen zowel parasieten als schimmels (bijv. amfotericine B) of tegen parasieten en bacteriën (bijv. metronidazol). Gezien de diversiteit van deze middelen komen zij aan bod bij de in de volgende hoofdstukken beschreven parasitaire infecties. Zie voor meer gedetailleerde informatie over de in Nederland gebruikt antiparasitaire middelen www. parasitologie.nl, www.rivm.nl/cib/infectieziekten-A-Z/ richtlijnen/ en www.swab.nl. Bij de bestrijding van infectieziekten kan men trachten bronnen van infectie te elimineren, de transmissieroutes van pathogene micro-organismen te onderbreken en het aantal gevoelige individuen in de populatie te verminderen. Voor een goed inzicht in het voorkomen van infectieziekten onder de bevolking is surveillance een eerste vereiste. Onder surveillance verstaan we het systema-tisch en continu opsporen van relevante infectieziekten in de populatie, analyse van de geregistreerde gegevens en rapportage van de bevindingen aan degenen die geëigende preventieve maatregelen kunnen nemen. Voor een aantal (besmettelijke) infectieziekten is daartoe bij wet een meldingsplicht voor de behandelend arts van kracht. Deze wet, de Wet publieke gezondheid, verplicht de behandelend arts of het laboratorium om bij het vaststellen (soms al bij vermoeden) van een bepaalde infectieziekte deze onverwijld te melden bij de lokale Gemeentelijke Gezondheidsdienst (GGD; de lijst van meldingsplichtige ziekten kan over de tijd af en toe wisselen, raadpleeg de GGD). Besmettelijke patiënten kunnen, als zij een aanmerkelijk gevaar voor anderen opleveren, op basis van deze wet ook verplicht geïsoleerd worden (= eliminatie van de bron). In tabel 1.21 staan de in 2008 en 2009 aangegeven infectieziekten vermeld. Bedacht moet worden dat niet alle voorkomende ziektegevallen ook als zodanig worden herkend en opgespoord en dat niet alle herkende gevallen ook worden aangegeven (onderrapportage), zodat de werkelijke aantallen beduidend hoger kunnen zijn. Naast de surveillance van meldingsplichtige ziekten wordt in Nederland ook het gebruik van antibiotica in de huisartsenpraktijk en in het ziekenhuis bijgehouden. zidovudine, stavudine, didanosine, lamivudine, abacavir, emtricitabine en andere (nucleosideanalogen: hiv) tenofovir (nucleotideanaloog: hiv) efavirenz, nevirapine, etravirine en andere (non-nucleosideremmers: hiv) raltegravir (integraseremmer: hiv) lamivudine, entecavir, telbivudine, clevudine (nucleosideanalogen: HBV) adefovir, tenofovir (nucleotideanalogen: HBV) ribavirine (RSV, HCV) Figuur 1.41 Aangrijpingspunten bij antivirale behandeling en een overzicht van de beschikbare middelen met hun toepassingen. Resistentie tegen deze middelen treedt op door mutaties in het virale genoom en selectie van resistente mutanten. Combinatie van meerdere middelen verlaagt de kans op resistentieontwikkeling maar wordt alleen bij de behandeling van hiv standaard toegepast (zie hoofdstuk 13). -Micro-organismen zijn de oudste levensvormen op aarde en zijn overal aanwezig. Zo is de mens steeds gekoloniseerd met een eigen (commensale) microflora. -Door mutatie en acquisitie van vreemd DNA/RNA zijn de genetische diversiteit en flexibiliteit van microorganismen uitzonderlijk groot; zij passen zich gemakkelijk aan veranderende omstandigheden aan. -Contacten tussen mens en micro-organismen verlopen meestal zonder schade voor de mens. Sommige contacten leiden wel tot schade, in de vorm van een infectieziekte. -Infecties bij de mens worden veroorzaakt door slechts een beperkt aantal soorten micro-organismen (bacteriën, virussen, parasieten, gisten en schimmels). De meeste soorten zijn niet in staat de mens ziek te maken. -De gevoeligheid voor infectie is sterk afhankelijk van de weerstand van de mens. De weerstand van mensen is zeer wisselend als gevolg van genetische variatie en van levensomstandigheden en andere ziekten. -De schade bij een infectieziekte is het gevolg van de directe inwerking van micro-organismen of hun toxinen, maar ook van de ontstekingsreactie en immuunrespons van de mens zelf. Maligne ontaarding van cellen kan ook een effect zijn van een infectie met micro-organismen. -De uitingsvormen en het beloop van infecties zijn zeer wisselend, van acute en weinig schadelijke tot traag verlopende en sluipende progressieve ziekten met een fatale afloop. -Infectieziekten komen in wisselende frequenties voor. De belangrijkste drijvende kracht (determinant) achter de epidemiologie van infectieziekten is het menselijk handelen. -Infectieziekten laten zich in de regel goed diagnosticeren en behandelen met antimicrobiële middelen. Bij stoornissen in de afweer van de patiënt is de diagnostiek moeilijker en het effect van de behandeling vaak geringer. 1 veg = vegetatieve bacteriën; myco = Mycobacterium; spor = bacteriesporen; fungi = schimmels en gisten; lf = lipofiele virussen (adeno, herpes, influenza, mazelen, bof); hf = hydrofiele virussen (polio, Coxsackie, ECHO); HBV = hepatitis B-virus; hiv = humaan immunodeficiëntievirus; ++ = zeer werkzaam; + = werkzaam; ± = werkzaamheid twijfelachtig; -= niet werkzaam; ? = werkzaamheid onvoldoende bekend. 2 Natriumhypochloriet of natriumdichloorisocyaanuraat; PPM = vrij chloor. Resistentie tegen antimicrobiële middelen is inmiddels uitgegroeid tot een mondiaal probleem, dat bestreden kan worden door prudent gebruik van deze middelen, in samenhang met maatregelen tegen de verspreiding van resistente klonen of hun resistentiegenen. -De preventie van infecties berust op het handhaven van hygiënische woon-en leefomstandigheden Widespread lateral gene transfer from intracellular bacteria to multicellular eukaryotes Evolution of infectious diseases The origin of viruses and their possible roles in major evolutionary transitions Global trends in emerging infectious diseases The innate immune response to infection Humans and evolutionary and ecological forces shaped the phylogeography of recently emerged diseases Genetics of infectious disease susceptibility Emerging infections. Microbial threats to health in the United States Mim's pathogenesis of infectious disease The challenge of emerging and re-emerging infectious diseases Evolutionary perspective on innate immune recognition The winds of (evolutionary) change: breathing new life into microbiology Current status of defensins and their role in innate and adaptive immunity A molecular perspective of microbiol pathogenecity Houten: Bohn Stafleu van Loghum How the microbial world saved evolution from the Scylla of molecular biology and the Charybdis of the modern synthesis Principles and practice of infectious diseases Manual of clinical microbiology Immunisatie tegen de opportunistische pathogene bacteriesoorten uit de commensale microflora is ook nog niet mogelijk. Ook een vaccin dat beschermt tegen infectie met hiv ontbreekt nog. Desinfectie en sterilisatie spelen een belangrijke rol in de bestrijding van infecties. Desinfectie is een chemisch of fysisch proces dat erop gericht is het risico van besmetting te elimineren; men kan ook spreken van decontaminatie (= ontsmetten). Men kan zowel levenloze objecten desinfecteren als de huid en slijmvliezen; niet alle micro-organismen worden bij dit proces verwijderd of gedood. Naast thermische desinfectie (uitkoken, pasteuriseren: 15 sec. bij 71 8C) worden chemische middelen als desinfectans ingezet (zie tabel 1.23). Zoals reeds vermeld, maken desinfectantia nauwelijks of geen onderscheid tussen eukaryote en prokaryote cellen. Vaak zijn de eukaryote cellen van de mens zelfs gevoeliger voor deze stoffen dan de micro-organismen waartegen ze worden ingezet. De werkzaamheid van desinfectantia wordt beïnvloed door het initiële besmettingsniveau, de pH en de aanwezigheid van organische en anorganische moleculen die de werking kunnen tegengaan, en de concentratie en inwerktijd van het agens. Sterilisatie is er wel op gericht al het leven van een object te elimineren; in praktische zin wordt een object als steriel beschouwd indien de kans op aanwezigheid van levende micro-organismen kleiner is dan 1:1.000.000. Sterilisatie van objecten wordt in de praktijk meestal bereikt door expositie aan stoom van 120 8C of 134 8C, maar kan bij hogere temperaturen ook in een droogsterilisator worden bereikt, of door expositie aan het zeer giftige ethyleenoxide, dat een alkylerende werking heeft op DNA en RNA. Ten slotte kan door doorstraling met gammastralen van vaste objecten of door ultrafiltratie van vloeistoffen door membranen met een poriegrootte van 10-20 nanometer steriliteit van het materiaal worden verkregen. Preventie van infectieziekten berust verder op het beschikbaar zijn van veilig voedsel en water, een gesloten rioleringssysteem en afvalverwijdering, en het vermijden van 'crowding' in huizen, kinderdagverblijven, scholen en andere openbare gelegenheden. Al deze maatregelen zijn erop gericht de kansen op contact tussen mens en potentiële pathogene micro-organismen te verminderen of elimineren. Samen met het eerderge-Micro-organismen, de mens en het ontstaan van infectieziekten: algemene principes 69 noemde RVP spreekt men wel van primairepreventie. Bijsecundaire preventie gaat het om het voorkómen van ziektelast en sterfte als gevolg van infectieziekten. Naast de reguliere zorg voor personen met symptomatische infecties (door huisartsen en specialisten), worden daartoe screeningsprogramma's opgezet om geïnfecteerde personen in een vroeg stadium op te sporen en te behandelen. Het gaat dan vooral om die chronische infec-tieziekten waarbij een groot deel van de geïnfecteerden in de populatie geen of weinig klachten heeft en dus niet spontaan naar de huisarts gaat. Voorbeelden zijn screening op tuberculose bij asielzoekers, chlamydia-infectie bij jongvolwassenen, hiv-infectie bij zwangeren, en HBV-infectie onder ziekenhuismedewerkers en tandartsen. Zie voor de preventie van ziekenhuisinfecties hoofdstuk 16.