Cryptosporidium

Naturgeschichte und Entwicklung der Trinkwasserregulierung

Cryptosporidium wurde ursprünglich von E.E. Tyzzer beschrieben und benannt, der 1907 die asexuellen, sexuellen und Eizellstadien eines Parasiten veröffentlichte, den er häufig in den Magendrüsen und Fäkalien von Labormäusen fand (Tyzzer, 1907). Er schlug das murine Magenisolat Cryptosporidium muris als Typenstamm vor (Tyzzer, 1910) und veröffentlichte 1912 eine Beschreibung einer neuen, kleineren Art im Dünndarm von Labormäusen und Kaninchen, die er C. parvum nannte (Tyzzer, 1912). Tyzzers bemerkenswerte Beobachtungen der endogenen Stadien, einschließlich des Vorschlags der Autoinfektion innerhalb des Wirts, etablierten weitgehend den Lebenszyklus des Parasiten. Dies wurde durch Elektronenmikroskopie mit zusätzlicher Beobachtung der extrazellulären Entwicklungsstadien, Merozoiten und Mikrogameten bestätigt (Current und Reese, 1986). 1929 beschrieb er auch endogene Stadien von Cryptosporidium im Hühnerhäutchenepithel (Tyzzer, 1929). Obwohl die genaue Identität der Isolate in Tyzzers Mäusen nicht bekannt ist und die am häufigsten infizierende Darmart gefunden wurde Wilde Mäuse wurde jetzt C. tyzzeri zu seinen Ehren genannt, es unterscheidet sich genetisch von C. parvum, Dies ist der Name, der jetzt auf die zoonotischen Arten angewendet wird, die am häufigsten junge Wiederkäuer infizieren (Ren, 2012) (Tabelle 16.1).

1955 wurde berichtet, dass eine neue Art, Cryptosporidium meleagridis, bei jungen Truthühnern Krankheit und Tod verursachte (Slavin, 1955). 1971 wurde ein Bericht veröffentlicht, in dem Cryptosporidium mit Rinderdiarrhoe assoziiert war (Panciera et al., 1971); Während dies die tierärztliche Untersuchung des Parasiten anregte, wurde die menschliche Cryptosporidiose erst 1976 identifiziert, als zwei Berichte veröffentlicht wurden, in denen Patienten beschrieben wurden, die auf Rinderfarmen lebten. Eines davon war ein ansonsten gesundes 3-jähriges Mädchen mit Symptomen von Erbrechen, wässrigem Durchfall und Bauchschmerzen (Nime et al., 1976). Die Diagnose wurde durch histologische Untersuchung der rektalen Biopsie gestellt und der Patient erholte sich nach 2 Wochen Krankheit. Im Gegensatz dazu beschrieb der andere Bericht einen stark dehydrierten immunsupprimierten Patienten mit chronischer wässriger Diarrhö (Meisel et al., 1976). Die Diagnose erfolgte durch histologische Untersuchung der Jejunalbiopsie. Der Patient erholte sich nach Absetzen der immunsuppressiven Behandlung und anschließender Wiederherstellung der T-Zell-Funktion von den Symptomen der Kryptosporidiose.Erst in den 1980er Jahren wurde die Rolle von Cryptosporidium bei menschlichen Krankheiten und seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit wirklich erkannt. Beitrag zur Entstehung von Cryptosporidium und seine Anerkennung als Humanpathogen war die AIDS-Epidemie und damit die Zunahme der Zahl der immungeschwächten Personen anfällig für schwere und manchmal tödliche Cryptosporidiose. Autoinfektion (Recycling von Oozysten innerhalb desselben Wirts) ermöglicht persistierende Erkrankungen bei immungeschwächten Wirten, wodurch ihre Anfälligkeit für Infektionen erhöht wird. Darüber hinaus kam es zu einer Reihe von wasserbedingten Ausbrüchen, die immunologisch normale Menschen jeden Alters sowohl in ländlichen als auch in städtischen Gemeinden betrafen. Diese zeigten, dass das Risiko einer Kryptosporidiose in Trinkwasser bestand, das den WHO-Trinkwasserqualitätsstandards entsprach (basierend auf E. coli). Verbesserte Labormethoden, die von Tierärzten zum Nachweis von Oozysten in tierischen Fäkalien entwickelt wurden, wurden in klinisch-diagnostischen Laboratorien übernommen und führten zu einer verstärkten Ermittlung und Erkennung des Parasiten beim Menschen. Wichtige epidemiologische Studien in den frühen 1980er Jahren zeigten, dass Kryptosporidiose auch bei ansonsten gesunden Probanden, insbesondere Kindern, auftrat (Casemore et al., 1985). Es gab eindeutig eine Inkonsistenz in der Wahrnehmung dieses Parasiten von tierärztlicher Bedeutung als opportunistische Infektion bei hauptsächlich städtischen, männlichen AIDS-Patienten (Casemore und Jackson, 1984). Die weit verbreitete Berichterstattung über mikrobiologische Ergebnisse an Krankheitsüberwachungssysteme trug zur Anerkennung von Cryptosporidium als Ursache einer akuten, selbstlimitierenden Gastroenteritis in der Allgemeinbevölkerung bei (Palmer et al., 1990). Ein großer Ausbruch im Jahr 1993 in Milwaukee, USA, der schätzungsweise 403 000 Personen betraf, erhöhte das Profil der durch Wasser übertragenen Kryptosporidiose und trug zur Neuausrichtung der regulatorischen Anforderungen im Rahmen der Vorschriften zur Oberflächenwasserbehandlung auf Cryptosporidium und zur Erforschung der Quellen, Übertragungswege, Erkennung und Verhinderung der Ausbreitung des Parasiten bei.

Viele Cryptosporidium-Arten wurden nun durch genetische Analysen bestätigt und einige infizieren eine Vielzahl von Wirten, während andere eine gewisse Wirtsanpassung aufweisen (Tabelle 16.1). Alle können in Quellgewässern gefunden werden. Die Mehrheit der menschlichen Krankheit wird durch Cryptosporidium hominis (syn. C. parvum Genotyp 1) oder Cryptosporidium parvum (syn. C. parvum Genotyp 2) (Fayer et al., 2000, Schmidt et al., 2002; Xiao und Feng, 2008); Andere Cryptosporidium-Arten sind gelegentlich mit menschlichen Krankheiten assoziiert und einige überhaupt nicht (Tabelle 16.1). Es gibt gute Hinweise darauf, dass C. meleagridis und C. cuniculus humanpathogene sind, und es gibt einige Hinweise auf Krankheiten, die durch C. felis und C. canis in bestimmten Umgebungen verursacht werden (Tabelle 16.1). C. hominis ist die anthroponotische Spezies, die weitgehend auf den Menschen beschränkt ist, und C. parvum ist die zoonotische Spezies, die sowohl menschliche als auch tierische Krankheiten verursacht, insbesondere bei jungen Wiederkäuern (Fayer et al., 2000; Morgan-Ryan et al., 2002). Somit weist der Nachweis von C. hominis auf eine menschliche Infektions- oder Kontaminationsquelle und C. parvum entweder auf eine tierische oder eine menschliche Quelle hin. Es wurde eine Wirtssegregation innerhalb von C. parvum identifiziert, da insbesondere mindestens ein Genotyp, der durch Sequenzierung des gp60-Gens identifiziert wurde, beim Menschen ohne Beteiligung von Tieren zu zirkulieren scheint (Xiao et al., 2010; Widmer und Sullivan, 2012). Es ist jedoch mehr Forschung über die Beziehung zwischen Genotyp und Phänotyp erforderlich. Die Sequenzierung von C. parvum- und C. hominis-Genomen hat Daten für wichtige Fortschritte in unserem Verständnis der Molekularbiologie von Cryptosporidium spp., und bestätigt ihre enge genetische Beziehung, mit 96-97% Sequenzidentität und Inhalt (≈4000 Gene unter 8 Chromosomen) innerhalb von 9,1–9,2 Mb (Abrahamsen et al., 2004; Xu et al., 2004). Allerdings hat bisher nur ein Isolat von jedem eine Sequenz veröffentlicht. Cryptosporidium-Genomsequenzen sind von http://CryptoDB.org zugänglich, wo auch eine C. muris-Gerüstsequenz gefunden werden kann.

In Australien wurde nach der Wasserkrise in Sydney, in der eine erhöhte Anzahl von Oozysten in der Wasserversorgung nachgewiesen wurde, aber kein Anstieg der Fälle von Kryptosporidiose in der Gemeinde festgestellt wurde, ein risikobasierter Rahmen entwickelt, der die vorhandenen Systeme vom Einzugsgebiet bis zum Wasserhahn bewertet (Fairley et al., 1999). Abgeleitet von dem zuerst in der Lebensmittelindustrie verwendeten Verfahren zur Gefahrenanalyse kritischer Kontrollpunkte wurde dieser Ansatz nun in den Wassersicherheitsplänen der WHO (WHO, 2005) übernommen. Daher ist eine systematische Bestandsaufnahme aller Gefahren (einschließlich Cryptosporidium), eine Bewertung der Bedeutung dieser Gefahren und der Wirksamkeit der ergriffenen Kontrollmaßnahmen erforderlich, die das Quellwassereinzugsgebiet, die Behandlung und die Verteilung der Wasserversorgung umfassen. Das Wissen über das Einzugsgebiet wird genutzt, um mikrobiologische Daten und die Leistungsüberwachung zu ergänzen, sodass die Risikobewertung durch Tests und Durchsetzung unterstützt wird (Medema et al., 2009). In einigen Ländern wurden jedoch detaillierte und spezifische Rechtsvorschriften zur Bekämpfung von Cryptosporidium im Trinkwasser verabschiedet, wie die beiden unten beschriebenen unterschiedlichen Ansätze aus den USA und Großbritannien veranschaulichen.

Trinkwasservorfälle und Ausbrüche an anderer Stelle führten ebenfalls zu regulatorischen Anforderungen, jedoch in unterschiedliche Richtungen. Im Vereinigten Königreich zum Beispiel war dies zwischen 2000 und 2007 auf die kontinuierliche Überwachung von aufbereitetem Wasser aus Quellen und Werken gerichtet, die als kontaminationsgefährdet eingestuft wurden, aber der ‚Behandlungsstandard‘ von durchschnittlich weniger als 1 Eizelle in 10 L zugeführtem aufbereitetem Wasser, gemessen durch kontinuierliche Probenahme von mindestens 40 L Wasser pro Stunde, der in die Wasserversorgungsverordnung 2000 aufgenommen wurde, wurde nun widerrufen. Während die Kosten einer kontinuierlichen Überwachung in Frage gestellt wurden (Fairley et al., 1999), gibt es einige Hinweise darauf, dass die Gesetzgebung in Kombination mit Investitionen der Industrie zu Verbesserungen der Wasserqualitätsstandards im Allgemeinen beigetragen hat (Lloyd und Drury, 2002) und Verringerung der Belastung und der Ausbrüche von Cryptosporidium-Krankheiten (Lake et al., 2007b). Die Überwachungsdaten tragen auch zum historischen Bild bei, dass die Wasserversorgung und die Trends bei den Eizellzahlen wahrscheinlich wichtiger sind als einzelne Zahlen. Nach Ausbrüchen, bei denen die Proben zur kontinuierlichen Überwachung den Behandlungsstandard nie überschritten, wurde die Gesetzgebung jedoch durch die Water Supply (Water Quality) Regulations 2000 (Amendment) Regulations 2007 ersetzt, die nicht nur den Standard aufhob, sondern auch die Anwendung von Desinfektion wie UV zur Bekämpfung von Cryptosporidium.

Die Wassersicherheitsplanung wird nun in weitere Änderungen der Vorschriften in 2010 in England und Wales in Großbritannien als umfassende Risikobewertungen aufgenommen, die durch Tests und Durchsetzung unterstützt werden.