Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae

Der deutsche Mikrobiologe Carl Friedländer beschrieb diese Bakterien als Diplokokken, erstmals 1883 als Erreger einer seltenen Form der Lungenentzündung (Friedländer-Pneumonie). Benannt ist die Gattung Klebsiella nach Edwin Klebs, einem deutschen Bakteriologe.

Klebsiellen pneumoniae subsp. pneumoniae sind gramnegative, überwiegend aerob, fakultativ anaerob lebende, sporenlose, unbewegliche, Stäbchen die von einer Schleimkapsel (Glykokalyx) umgeben sind. Typisch für Klebsiella ist ein Biofilm, der auf den Kolonien entsteht. Klebsiellen sind chemoorganotroph, d. h., sie bauen zur Energiegewinnung organische Stoffe ab. Im oxischen Milieu greifen sie auf einen oxidativen Energiestoffwechsel zurück. Sie oxidieren organische Stoffe zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Unter anoxischen Bedingungen, nutzen sie die 2,3-Butandiolgärung zur Energiegewinnung.

Das Genus Klebsiella in der Ordnung Enterobacterales enthält in der Familie der Enterobatericeae mehrere Arten mit humanmedizinischer Bedeutung. Die Art Klebsiella pneumoniae wird noch zusätzlich in 3 Subspezies aufgeteilt. Diese Unterteilung beruht auf Merkmalen der Pathogenese und nicht jedoch auf einer ausreichenden Unterscheidbarkeit der DNA-Sequenz. 

• Klebsiella pneumoniae subsp. ozaenae (Abel 1893); der Erreger ist Auslöser einer chronisch-atrophischen Rhinitis (Ozäna)
• Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae (Schroeter 1886)
• Klebsiella pneumoniae subsp. rhinoscleromatis (Trevisan 1887); der Erreger ist Auslöser des Rhinoskleroms, einer granulomatösen Entzündung der Nasenschleimhaut.

Klebsiella-Arten leben im Boden, in Gewässern und auf Getreide. Klebsiella pneumoniae ist als Bewohner des Magen-Darm-Traktes medizinisch relevant. Im Darm hat Klebsiella pneumoniae die Fähigkeit lange Zeit symptomlos zu überleben. Übertragen wird das Bakterium sowohl von Mensch zu Mensch, aber auch über den Kontakt mit kontaminierten Oberflächen. Seine Widerstandsfähigkeit, schnelle Vermehrungsfähigkeit und Resistenz gegenüber Antibiotika machen Klebsiella pneumoniae zu einem echten Problem. So ist Klebsiella pneumoniae resistent gegen Penicillin.

Als Erreger von im Krankenhaus erworbenen Infektionskrankheiten ist vor allem K. pneumoniae, neben K. aerogenes von Bedeutung, vor allem wenn es sich um multiresistente Bakterienstämme handelt.

Virulenzfaktoren: Klebsiella pneumoniae verfügt über mehrere Virulenzfaktoren:

• Kapselbildung (Glykokalyx): die Kapsel schützt vor Phagozytose und stört das an der Abwehr von Mikroorganismen beteiligte Komplementsystem.
• Adhäsine: sie ermöglichen das Anheften an die Wirtszellen. Einige Adhäsine von Klebsiella pneumoniae wirken gleichzeitig als Hämagglutinine.
• Fimbrien (Pili): Ausbildung von Typ-1-und Typ-3- Fimbrien. Typ1-Fimbrien heften sich an humane Epithelzellen (.B. in Darm oder den ableitenden Harnwegen). Typ-3-Fimbrien heften sich an Endothelzellen, Epithelzellen der Lungenalveolen und der ableitenden Harnwege; weiterhin an Kollagen Typ V.
• Lipopolysaccharide (LPS): LPS der äußeren Membran wirken als Antigene, die nach außen gerichteten Polysaccharidketten werden als O-Antigene bezeichnet. Klebsiella pneumoniae exprimiert 9 unterschiedliche  O-Antigene, wobei O1 am häufigsten vorkommt. Die O-Antigene stören ebenfalls die Reaktionskaskade des Komplementsystems.
• Auch die bakteriellen Siderophore sind für die Pathogenität von Bedeutung. Sie dienen dazu, die Zellen mit für den Stoffwechsel essentiellen Eisen-Ionen zu versorgen, indem sie Fe3+-Ionen binden.
• Enterobactin.  K. pneumoniae bildet Enterobactin (Enterochelin) ein Toxin, dessen Expression  zu einer deutlich gesteigerten Virulenz des Bakteriums führt.

Klebsiellen sind fakultativ pathogen. Etwa 3-5% der Bevölkerung sind Träger von Klebsiella pneumoniae ohne zu erkranken. Bei Personen mit geschwächtem Immunsystem (Frühgeborene) kann es aber zu schweren Erkrankungen kommen. Je nachdem wo sich das Bakterium ansiedelt, fallen die Infektionen sehr unterschiedlich aus. Klebsiella pneumoniae und Klebsiella oxytoca können Pneumonien, Lungenabszesse, Pleuritis, Harnwegsinfektionen, Cholangitis; Cholezystitis; Meningitis, Osteomyelitis, Endokarditis, Sepsis, Peritonitis und intraabdominelle Abszesse verursachen. Nosokomiale Ausbrüche mit multiresistenten Klebsiellen (auch 4-MRGN) sind wiederholt beschrieben worden.

Der Keimnachweis ist i.A. problemlos und erfolgt ausschließlich kulturell. Eine Weitere Differenzierung kann durch Überprüfung der Stoffwechselleistungen (sog. bunte Reihe) oder mittels MALDI-TOF-Verfahren erfolgen. 

Klebsiella pneumoniae und Autoimmunerkrankungen: Es gibt Untersuchungen,  die darauf hinweisen, dass gegen Klebsiella pneumoniae gerichtete IgA-Antikörper mit Strukturen des humanen Zelloberflächenproteins HLA-B27 kreuzreagieren. HLA-B27 reguliert wichtige Funktionen des menschlichen Immunsystems. Klebsiella pneumoniae steht im Verdacht, über diesen Mechanismus auch Autoimmunreaktionen wie z. B. Spondylitis ankylosans (Morbus Bechterew) auszulösen.

Es besteht bei Klebsiella pneumoniae eine natürliche Resistenz ggü. Benzylpenicillin und Aminobenzlypenicillinen. Zu diesen natürlichen Resistenzen kommen noch weitere erworbene, die die Behandlung weiter erschweren. Die höchste In-vitro-Aktivität weisen Tigecyclin, Polymyxine (z.B. Colistin) und Ceftazidim-Avibactam auf. Bei breiter Resistenzentwicklung des Keims empfiehlt sich Relebactam, ein intravenös verabreichter Inhibitor von Betalactamasen der Klassen A und C.  

Resistenzen:  Die weltweit zunehmende Resistenz von Klebsiella pneumoniae ist v.a. durch Plasmid-kodierte ESBL und Carbapenemasen induziert. Die höchste Prävalenz findet sich in Osteuropa und Asien sowie bei nosokomialen Isolaten. Die Prävalenz von Resistenzen gegen Fluorchinolone sowie von ESBL-Stämmen beträgt in Deutschland ca. 17 %. Die Resistenzrate  gegen Meropenem liegt bei 1-2 %. Ungefähr 6 % aller Stämme zeigen eine kombinierte Resistenz gegenüber Chinolonen, Cephalosporinen der 3. Generation und Aminoglykosiden, in Europa liegt der Durchschnitt bei 20,5 % (Stand 2020).

1. Russo TA et al. (2019) Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Clin Microbiol Rev. 32:e00001-19.
2. Siu LK et al. (2012) Klebsiella pneumoniae liver abscess: a new invasive syndrome. Lancet Infect Dis 12:881-887.
3. Wyres KL et al. (2020) Population genomics of Klebsiella pneumoniae. Nat Rev Microbiol 18: 344-359.
4. Xu L et al. (2017) Systematic review and meta-analysis of mortality ofpatients infected with carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. Ann Clin Microbiol Antimicrob 16:18. doi: 10.1186/s12941-017-0191-3.
5. Zhang L et al. (2018) The association of HLA-B27 and Klebsiella pneumoniae in ankylosing spondylitis: A systematic review. Microb Pathog 117:49-54.