Die Pythium-Keratitis (Pythium insidiosum Keratitis, PIK) ist eine seltene und schwere Hornhautinfektion, die durch den aquatischen Oomyceten Pythium insidiosum verursacht wird. Taxonomisch gehört Pythium zum Reich der Stramenopilen, Abteilung Oomycota, Klasse Oomyceten, Ordnung Pythiales, Familie Pythiaceae und ist kein Pilz1). Aufgrund der klinischen, morphologischen und mikrobiologischen Ähnlichkeit mit der Pilzkeratitis wird sie jedoch auch als „Parafungus“ bezeichnet1).
Die systemische Pythiose wurde erstmals 1884 von einem britischen Tierarzt beschrieben. Der erste Fall einer okulären Pythiose wurde 1988 aus Thailand gemeldet, und der erste Fall eines Hornhautgeschwürs wurde 1993 von Virgile et al. bei einer 31-jährigen Frau berichtet2). Bis 2021 wurden weltweit 168 Fälle okulärer Pythiose gemeldet2).
Pythium kommt in tropischen, subtropischen und gemäßigten Klimazonen vor und wurde aus Thailand, Indien, China, Australien, Israel und den USA gemeldet1)2). In einer Kohorte aus Südindien wurde die Prävalenz der PIK mit 5,9 % (71/1204 Fälle) angegeben2). Basierend auf der ITS-Region oder dem Cytochrom-Oxidase-II-Gen werden geografisch drei Kladen unterschieden: Klade I (ATH: USA), Klade II (BTH: Asien, Australien), Klade III (CTH: Thailand, USA)1).
In der größten Analyse mit 114 Fällen betrug das Durchschnittsalter 41 ± 14,3 Jahre, 43 % waren männlich. 40,4 % waren Landwirte, 56,6 % Hausfrauen oder Büroangestellte, und bei 55,3 % wurde kein eindeutiger prädisponierender Faktor identifiziert1).
QWas ist der Unterschied zwischen Pythium und Pilzen?
A
Pythium ist ein zu den Oomyceten gehörender Protist und kein Pilz. Es unterscheidet sich grundlegend von Pilzen dadurch, dass seine Zellwand kein Ergosterol enthält, sondern aus Zellulose und β-Glucanen besteht. Daher wirken Antimykotika nicht. Zudem vermehrt es sich ungeschlechtlich durch biflagellate Zoosporen, was es ebenfalls von Pilzen unterscheidet.
Die klinischen Befunde der Pythium-Keratitis ähneln stark denen der Pilzkeratitis, weisen jedoch charakteristische Merkmale auf1)2).
Charakteristische Befunde
Retikuläres Punktinfiltrat (reticular dot infiltrate): subepitheliales bis oberflächliches Stromainfiltrat mit retikulärem Muster. Spricht für einen hohen klinischen Verdacht auf Pythium.
Tentakelartige Ausläufer (tentacular projections): tentakelartige Infiltrate, die radial vom Hauptherd ausgehen.
Periphere Furchenbildung (peripheral furrowing/guttering) : Furchenartige Veränderung mit Ausdünnung der peripheren Hornhaut.
Frühe Ausbreitung auf den Limbus : Rasches Fortschreiten zum Limbus mit Ausbreitung auf die Sklera.
Dies ist die häufigste Art, die humane Pythiose verursacht. Sie hat zwei Formen: eine Myzelform und eine begeißelte Zoosporenform1). Die humane Pythiose tritt in vier klinischen Formen auf: vaskulär, okulär, kutan/subkutan und disseminiert1).
Exposition gegenüber aquatischer Umgebung : Reisfelder, Teiche, Flusswasser, kontaminiertes Regenwasser. In Thailand treten Fälle häufiger in der Regenzeit auf1)2).
Augentrauma : Verletzung durch pflanzliches Material, Eindringen von Staub oder Fremdkörpern1).
Kontaktlinsentragen : Tragen von Kontaktlinsen beim Schwimmen wurde berichtet2).
Während die Pilzkeratitis häufig bei Landwirten auftritt, wird die Pythium-Keratitis auch häufig bei Nicht-Landwirten wie Hausfrauen, IT-Fachleuten und Studenten berichtet, was charakteristisch ist1)2).
QIn welcher Umgebung kann man sich mit Pythium infizieren?
A
Die Infektion erfolgt hauptsächlich über Zoosporen, die in tropischen und subtropischen Gewässern (Reisfelder, Teiche, Flusswasser, kontaminiertes Regenwasser) vorkommen. Die Zoosporen haften an verletzten Stellen des Auges und etablieren die Infektion. Neben Landwirten wurden auch Fälle bei Stadtbewohnern wie Hausfrauen und IT-Fachleuten berichtet.
Die Diagnose einer Pythium-Keratitis erfordert einen hohen klinischen Verdacht. Wenn die Möglichkeit einer Pythium-Infektion dem Mikrobiologen nicht spezifisch mitgeteilt wird, kann sie möglicherweise nicht nachgewiesen werden1).
Bei der Direktmikroskopie von Hornhautabstrichen werden dicke, spärliche, septierte oder nicht septierte Hyphen beobachtet. Ein bandartiges Faltungsmuster mit rechtwinkligen Verzweigungen ist charakteristisch, aber die Unterscheidung von Pilzhyphen ist schwierig1)2).
Die wichtigsten Färbemethoden sind unten aufgeführt.
Färbemethode
Merkmale
10% KOH + CFW
Sensitivität 79,3–96,5%, Spezifität >93%
IKI-H2SO4
Pythium-spezifisch, Spezifität 100%
Trypanblau
Sensitivität >75%, kein Spezialgerät erforderlich
Die IKI-H2SO4 (Jod-Schwefelsäure)-Färbung färbt Pythium blau/blauschwarz, aber keine Pilze, daher ist sie für die Differenzierung äußerst nützlich1)2).
Kultur auf Blutagar und Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA). Bei 37°C wachsen flache, grauweiße bis cremefarbene Kolonien1)2). Auf Sabouraud-Agar (mit Chloramphenicol) wachsen sie nicht oder nur schwach, was zur Unterscheidung von Pilzen nützlich ist3). Die Identifizierung von Zoosporen mittels Blattkulturmethode (leaf incarnation method) ist die definitive Diagnose1)2).
Die PCR ist der Goldstandard1)2). Zielregionen sind die rDNA-ITS-Region und das Cytochrom-Oxidase-II (cox II)-Gen.
Duplex-PCR: Ziel: 18S rRNA und ITS-Region. Spezifität 100%, Sensitivität 91%2)
LAMP: Sensitivität 100%, Spezifität 98%2)
Echtzeit-PCR: Ziel: exo-1,3-β-Glucanase-Gen. Sensitivität und Spezifität 100%, Dauer 7,5 Stunden2)
Metagenomisches Next-Generation-Sequencing (mNGS) ist ebenfalls eine wirksame Methode3). Auch die Identifizierung von Pythium mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie wurde berichtet4).
Die wichtigste Differenzialdiagnose ist die Pilzkeratitis. Nach den japanischen Leitlinien zur infektiösen Keratitis ist die filamentöse Pilzkeratitis durch ein unscharf begrenztes, federartiges Ulkus gekennzeichnet, und Pimaricin ist das Mittel der ersten Wahl bei Fusarium spp.5). Pythium spricht auf diese Behandlung nicht an, daher sollte bei einer auf Antimykotika nicht ansprechenden „Pilzkeratitis“ die Möglichkeit einer Pythium-Infektion in Betracht gezogen werden.
Weitere Differenzialdiagnosen umfassen die Acanthamoeba-Keratitis (gemeinsam mit radialer Keratoneuritis), die atypische mykobakterielle Keratitis (gemeinsam mit trockenen grau-weißen Infiltraten) und die bakterielle Keratitis1)2).
Antimykotika sind gegen Pythium unwirksam. Herkömmliche Antimykotika, die die Ergosterolsynthese hemmen, wirken nicht auf die Zellwand von Pythium, dem Ergosterol fehlt1)2)3).
Im In-vitro-Empfindlichkeitstest von Hu et al. lagen die MHK aller 6 Antimykotika (Fluconazol, Itraconazol, Voriconazol, Posaconazol, Amphotericin B, Caspofungin) bei >32 mg/mL und zeigten keine antimykotische Aktivität3).
Die derzeit empfohlene medikamentöse Therapie ist ein Antibiotikum.
Linezolid 0,2% Augentropfen : MHK 0,5–1 mg/mL3)
Azithromycin 1% Augentropfen : MHK 1–2 mg/mL3)
Orale Azithromycin : Kombination wird empfohlen2)
Minocyclin : MHK 1 mg/mL. Maeno et al. aus Japan berichteten über einen Fall, der mit einer Dreifachkombination aus Minocyclin, Linezolid und Chloramphenicol geheilt wurde3)
Tigecyclin : MHK 0,5–1 mg/mL3)
In einer Studie, die die Behandlungsergebnisse von 69 Augen bewertete, heilten 55,1% unter medikamentöser Therapie (mediane Behandlungsdauer 3 Monate). Die restlichen 44,9% benötigten eine therapeutische Hornhauttransplantation. Fälle mit Infiltratgröße >6 mm, langer Krankheitsdauer und Ausdehnung in das hintere Stroma sprachen schlechter auf die medikamentöse Therapie an2).
Indikationen: Fälle, die nicht auf medikamentöse Therapie ansprechen, drohende Hornhautperforation.
Wichtige Punkte: Mit einem Sicherheitsabstand von mindestens 1 mm durchführen. Das netzartige Infiltrationsmuster in die Exzision einbeziehen 1)2).
Rezidivrate: 51,8–54,2 % bei alleiniger TPK. In Kombination mit adjuvanten Therapien wie Kryotherapie oder Ethanolapplikation sinkt sie auf 7,1 % 2).
Weitere chirurgische Eingriffe
Cyanacrylatkleber: Tektonische Unterstützung bei Hornhauteinschmelzung. In Kombination mit einem Verbandskontaktglas verwenden 1).
Kryotherapie: Einmaliger Gefrier-Tau-Zyklus am Limbus mit einer Flüssigstickstoffsonde. Wirksam zur Rezidivprophylaxe 2).
Ethanolapplikation: Anwendung, wenn die Infiltration über den Limbus hinausreicht. In Kombination mit mehreren Kryotherapiereihen 2).
In drei aus China berichteten Fällen wurden alle zunächst als Pilzkeratitis fehldiagnostiziert und mit Antimykotika behandelt. Bei zwei Fällen wurde eine TPK durchgeführt, alle endeten schließlich mit einer Enukleation. Die Verzögerung der Diagnose aufgrund der Unwirksamkeit der antimykotischen Therapie führte zum Verlust des optimalen Behandlungszeitfensters 4).
QWarum wirken Antimykotika nicht gegen Pythium?
A
Herkömmliche Antimykotika (Azole, Polyene usw.) zielen auf Ergosterol ab, aber Pythium besitzt kein Ergosterol in seiner Zellwand. Die Zellwand besteht aus Zellulose und β-Glucanen, daher gibt es keinen Angriffspunkt für Antimykotika. Stattdessen sind Proteinsynthesehemmer wie Linezolid und Azithromycin wirksam.
QWie ist die Prognose der Behandlung einer Pythium-Keratitis?
A
Aktuelle Studien zeigen, dass bei leichten bis mittelschweren Fällen eine medikamentöse Behandlung mit Antibiotika (Linezolid, Azithromycin) etwa 55 % der Patienten heilt. Die Rezidivrate bei schweren Fällen oder nach TPK ist hoch (51,8 %), kann aber durch adjuvante Therapien wie Kryotherapie und Ethanolapplikation auf 7,1 % gesenkt werden. Frühe Diagnose und geeignete Therapiewahl beeinflussen die Prognose maßgeblich.
Pythium insidiosum setzt in einer aquatischen Umgebung aus Sporangien biflagellate Zoosporen (Durchmesser 9-10 μm) frei1). Zoosporen zeigen Chemotaxis zu geschädigtem Gewebe und werden von einer niedrigen CO2-Umgebung angezogen1).
Der Infektionsverlauf ist wie folgt:
Zoosporen haften an geschädigtem Epithel und sezernieren Glykoproteine zur festen Anheftung
Durch die Stimulation der Körpertemperatur des Wirts bildet sich innerhalb von 24 Stunden ein Keimschlauch
Der Keimschlauch durchdringt mechanisch das Gewebe und bildet eine große Anzahl von Hyphen
Es kommt zu einer raschen Zerstörung des Hornhautstromas
Zoosporen werden innerhalb einer Stunde nach Induktion gebildet und produzieren innerhalb von 24 Stunden nach der Einkapselung schnell Keimschläuche. Dieser schnelle Zyklus ist für den fulminanten Verlauf dieser Erkrankung verantwortlich1).
Proteasen: Als Virulenzfaktoren identifiziert, die humane Keratitis verursachen1)
Oxidative Stressantwort-Gene: CuZn-Superoxiddismutase, Thioredoxin, Glutaredoxin wurden identifiziert1)
Calmodulin und Hitzeschockproteine: Beteiligt am Wachstum des Erregers und der thermischen Anpassung im Wirt1)
Die Zellwand von Pythium besteht aus Zellulose und β-Glucanen und enthält kein Ergosterol. Diese Eigenschaft ist die grundlegende Ursache für die Resistenz gegen Antimykotika, und die Entwicklung neuer Medikamente, die auf den Zellulosesyntheseweg abzielen, wird erwartet1)2).
Histopathologisch zeigt sich eine diffuse Zerstörung des Hornhautstromas und ein neutrophilenreiches entzündliches Infiltrat. In 15% der Fälle wird eine granulomatöse Entzündung berichtet1).
7. Aktuelle Forschung und Zukunftsaussichten (Berichte aus der Forschungsphase)
Hu et al. gelang die schnelle Identifizierung von Pythium mittels metagenomischer Next-Generation-Sequenzierung (mNGS). Während die herkömmliche Kultur 5–7 Tage benötigt, kann mNGS auch unbekannte Erreger schnell identifizieren. Aufgrund von Kostenproblemen ist es jedoch noch nicht als Routineuntersuchung verbreitet 3).
Hou et al. erstellten ein Referenzspektrum von Pythium mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie und fügten es der Bruker-Datenbank ihrer Einrichtung hinzu, wodurch die spätere Identifizierung von Pythium beschleunigt wurde 4).
Die LAMP-Methode (Loop-vermittelte isothermale Amplifikation) wurde mit einer Sensitivität von 100 % und einer Spezifität von 98 % berichtet und erfordert keine speziellen Geräte, was ihren Einsatz in Einrichtungen mit begrenzten Ressourcen vielversprechend macht 2). Die Echtzeit-PCR (gezielt auf das Exo-1,3-β-Glucanase-Gen) zeigte eine Sensitivität und Spezifität von 100 % bei einer Bearbeitungszeit von 7,5 Stunden 2).
Agarwal et al. bewerteten in vitro die bakterizide Wirkung von Ethanol auf Pythium und bestätigten das Eindringen in die Hornhaut mittels Infrarotspektroskopie. Die Zellmembran von Pythium, die Ergosterol fehlt, ist anfällig für Ethanol, was es zu einer potenziellen Behandlungsoption macht, jedoch bleibt die Festlegung der optimalen Konzentration eine Herausforderung 2).
Derzeit existiert kein standardisiertes CLSI-Protokoll für Empfindlichkeitstests gegen Pythium. Es wurden Mikrodilutions- und Diffusionstests mit Zoosporen als Inokulum berichtet, aber die Vielfalt der Methoden und Inokulumkonzentrationen führt zu Schwankungen der MHK-Werte 3). Die Etablierung standardisierter Empfindlichkeitstestmethoden und die Korrelationsanalyse mit klinischen Ergebnissen sind zukünftige Herausforderungen.
Gurnani B, Kaur K, Venugopal A, et al. Pythium insidiosum keratitis - A review. Indian J Ophthalmol. 2022;70:1107-20.
Gurnani B, Kaur K, Agarwal S, et al. Pythium insidiosum Keratitis: Past, Present, and Future. Ophthalmol Ther. 2022;11:1629-53.
Hu L, Huang X, Yee NH, et al. Pythium insidiosum: an emerging pathogen that is easily misdiagnosed and given treatment as a fungus. Front Cell Infect Microbiol. 2024;14:1430032.
Hou H, Wang Y, Tian L, et al. Pythium insidiosum keratitis reported in China, raising the alertness to this fungus-like infection: a case series. J Med Case Rep. 2021;15:619.
感染性角膜炎診療ガイドライン（第3版）. 日眼会誌. 2013.
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