Clostridium perfringens Enterotoxin (CPE), NetE und NetF – Ihre Rolle bei Durchfallerkrankungen bei Hund und Katze

Was sind Clostridien und wo kommen sie vor?

Clostridien sind obligat anaerobe, gram-positive Bakterien aus der Familie der Clostridiaceae. Aktuell sind >300 verschiedene Clostridien beschrieben, wovon ca. 20% einschließlich Clostridium botulinum, Clostridium chauvoei, Clostridium novyi, Clostridium perfringens, Clostridium septicum, and Clostridium tetani, als pathogen für Menschen und Säugetiere eingestuft werden ¹. C. perfringens ist die am häufigsten isolierte Clostridien Art und ubiquitär in der Umwelt, im Darm von Menschen, Säugetieren und Vögeln zu finden ^2,3.

Kann C. perfringens für Menschen und Säugetiere gefährlich sein?

Obwohl C. perfringens Teil des normalen, enteralen Mikrobioms ist und die meisten Stämme apathogen sind, verursachen einige Bakterienstämme Enterotoxämien und Myelonekrosen ³. Die Pathogenität dieser Stämme hängt mit der Produktion unterschiedlicher Toxine und Enzyme zusammen. Toxin-produzierende Stämme lassen sich anhand der Toxingene alpha, beta, iota, epsilon, cpe und netB in sieben Biotypen A-G einteilen ⁴. Neben diesen Haupttoxinen sind noch über 15 weitere Toxine und Proteine bekannt, die an unterschiedlichen Erkrankungen beteiligt sind ⁵. Dabei spielen besonders das Clostridium perfringens Enterotoxin (CPE) sowie die neu entdeckten NetE- und NetF-Toxine in der Veterinärmedizin eine Rolle.

Was ist das Clostridium perfringens Enterotoxin (CPE)?

Ungefähr 5 % aller Clostridium perfringens-Stämme produzieren während der Sporulation das Clostridium perfringens Enterotoxin (CPE). Das CPE-Toxin bildet ionendurchlässige Poren in den Zellmembranen der Epithelzellen, wodurch es zu einem Kaliumeinstrom und infolgedessen zum induzierten Zelltod kommt. Die Zellzerstörung im Dünndarm geht mit hämorrhagischem Durchfall und resultierendem Flüssigkeits- und Elektrolytverlust einher ⁶.

Wie weist man CPE in Kotproben nach?

Zum Nachweis von CPE eignen sich unterschiedliche Verfahren. Das CPE kann direkt durch kommerziell erhältliche ELISA im Kot nachgewiesen werden. Leider wurden diese ELISA Tests für die Humanmedizin etabliert und validiert daher es gibt Bedenken hinsichtlich der Empfindlichkeit und Spezifität für veterinärmedizinische Proben. Um dieses Problem zu umgehen kann durch eine qPCR spezifisch das cpe-Gens im Tierkot nachgewiesen werden ⁷.

Wie therapiert man ein CPE-positives Tier?

Unkomplizierte CPE-assoziierte Durchfallerkrankungen sind meist selbst-limitierend und bedürfen daher meist nur symptomatische Behandlungen wie eine antiemetische Therapie und den Ausgleich des Flüssigkeitsverlusts. Bei kompliziert Fällen oder Anzeichen einer Sepsis kann neben der symptomatischen Behandlung therapeutisch Metronidazol (10-15mg/kg p.o. 2 x tägl. über 5-10 Tage), Amoxicillin, Ampicillin, Erythromycin oder Sulfonamide eingesetzt werden ^8,9.

Welchen Einfluss haben die neu entdeckten Toxine NetE und NetF?

NetE und NetF wurden erstmals 2015 aus einem verstorbenen Hund und einem verstorbenen Fohlen nachgewiesen. Durch proteinanalytische Verfahren konnte gezeigt werden, dass die genannten Toxine ebenfalls zur Porenformationen der Wirtszellen führen, welches einen gestörten Ionenfluss nach sich zieht ¹⁰.

Bei welchen Tierarten können netE und netF zu Komplikationen führen?

Sowohl bei Fohlen als auch bei Hunden konnten Zusammenhänge zwischen der netF und netE Produktion gastrointestinalen Erkrankungen gezeigt werden. So wurde netF bei 74% der an nekrotisierender Enteritis leidenden Fohlen nachgewiesen. Im Gegensatz dazu wurde netF bei undifferenzierten Durchfallerkrankungen von Fohlen gar nicht und bei älteren Pferden auch nur zu 6,8% nachgewiesen ¹⁰.

Welche Rolle spielen NetE und NetF bei akutem hämorrhagischen Diarrhö Syndrom bei Hunden?

Bei Hunden, mit akutem hämorrhagischen Diarrhö Syndrom (AHDS), scheinen die Toxine NetF und NetE eine wichtige Rolle zu spielen ¹⁰. Laut einer deutschen Studie werden in bis zu 55% der an AHDS-erkrankten Hunde das netF– oder netE-Gen nachgewiesen, während es in der gesunden Kotrollgruppe nur bei 10-12 % und bei an chronischer Enteropathie leidenden Hunden gar nicht nachgewiesen werden konnte ¹¹.

Wie zeichnet sich akutes hämorrhagischen Diarrhö Syndrom bei Hunden aus?

Alle Hunde unabhängig von Alter und Rasse können von AHDS betroffen sein. AHDS ist bei Hunden durch akutes Auftreten von klinischen Symptomen, wie frischem Blut im Erbrochenen und im Kot sowie erheblichem Flüssigkeitsverlust über den Gastrointestinaltrakt gekennzeichnet ¹².

Wie therapiert man ein NetE- oder NetF-positives Tier?

Unkompliziertes AHDS ist in der Regel selbst-limitierend und bedarf daher keiner Antibiotikabehandlung. Abhängig vom Schwergrad der Symptome erfolgt, genauso wie bei einem CPE-positiven Tier, die symptomatische Therapie (Antiemesis, Flüssigkeitsausgleich). Bei akutem Verlauf kann auch hier zu den zuvor empfohlenen Antibiotika gegriffen werden ^8,9.

Wie weist man NetE und NetF nachgewiesen?

Neben CPE weisen wir ab sofort auch NetE und NetF mittels qPCR aus Kotproben nach. Der kombinierte Nachweis der Toxine gibt Ihnen mehr Sicherheit bei der Auswahl der bestmöglichen Therapie für Ihre Patienten. Die Untersuchung kann sowohl als Einzeluntersuchung als auch wie gewohnt in unseren verschiedenen Profilen angefordert werden.

Ihr Team des Tierärztliches Labor Freiburg

1. Mehdizadeh Gohari, I., Unterer, S., Whitehead, A. E. & Prescott, J. F. NetF-producing Clostridium perfringens and its associated diseases in dogs and foals. Journal of Veterinary Diagnostic Investigation 32, 230–238 (2020).

2. Songer, J. G. Clostridial Enteric Diseases of Domestic Animals. Clin Microbiol Rev 9, 216–234 (1996).

3. Shrestha, A., Uzal, F. A. & McClane, B. A. Enterotoxic Clostridia: Clostridium perfringens Enteric Diseases. Microbiol Spectr 6, 1–27 (2018).

4. Rood, J. I. et al. Expansion of the Clostridium perfringens toxin-based typing scheme. Anaerobe 53, 5–10 (2018).

5. Kiu, R. & Hall, L. J. An update on the human and animal enteric pathogen Clostridium perfringens. Emerg Microbes Infect 7, 1–15 (2018).

6. Freedman, J. C., Shrestha, A. & McClane, B. A. Clostridium perfringens enterotoxin: Action, genetics, and translational applications. Toxins (Basel) 8, 1–16 (2016).

7. Marks, S. L., Rankin, S. C., Byrne, B. A. & Weese, J. S. Enteropathogenic Bacteria in Dogs and Cats: Diagnosis, Epidemiology, Treatment, and Control. J Vet Intern Med 25, 1195–1208 (2011).

8. Wendy Brooks. Clostridium perfringens Causes Diarrhea in Dogs. (2006).

9. Wendy Brooks. Acute Hemorrhagic Diarrhea Syndrome (AHDS or HGE). (2009).

10. Gohari, I. M. et al. A Novel Pore-Forming Toxin in Type A Clostridium perfringens Is Associated with Both Fatal Canine Hemorrhagic Gastroenteritis and Fatal Foal Necrotizing Enterocolitis. PLoS One 10, 1–27 (2015).

11. Sindern, N. et al. Prevalence of Clostridium perfringens netE and netF toxin genes in the feces of dogs with acute hemorrhagic diarrhea syndrome. J Vet Intern Med 33, 100–105 (2019).

12. Unterer, S. & Busch, K. Acute Hemorrhagic Diarrhea Syndrome in Dogs. Veterinary Clinics of North America: Small Animal Practice 51, 79–92 (2021).