Biologie und Pathogenese von Staphylokokken-Infektionen
Dynamik und Adaptation von Staphylococcus aureus während der persistierenden Infektion bei
Mukoviszidose
Die Analyse der Daten einer prospektiven Studie bei Mukoviszidose (CF) Patienten nach 72 Monaten ergab eine
hohe S. aureus Prävalenz (52/72 Patienten; 72,2 %) und eine ausgedehnte
Langzeit-Persistenz (Median 37 Monate, Streuung 6 - 70 Monate). Die molekulare Typisierung
einer erheblichen Anzahl von S. aureus Isolaten, die über die Jahre der Studiendauer von den
einzelnen Patienten gesammelt wurden (695 Isolate: 456 normale S. aureus Phänotypen,
212 SCVs und 27 SCVs, die nach Subkultivierung zum normalen Phänotyp revertierten),
gestatteten, Daten zur Populationsdynamik von S. aureus innerhalb der Gruppe der CF-Patienten zu
gewinnen (Kooperation mit M. Herrmann, Homburg/Saar).
Insgesamt wurden bei
den 52 Patienten, aus deren Atemwegsmaterialien S. aureus angezüchtet wurde, 45 verschiedene
S. aureus Klone mittels Pulsfeldgel-Elektrophorese (PFGE) voneinander unterschieden. Dabei konnten
sechs prävalente Klone beobachtet werden, die bei drei bis zwölf Patienten nachgewiesen wurden.
Im Unterschied dazu gab es 39 individuelle Klone, die nur bei einzelnen Patienten auftraten.
Mittels
Multiplex-PCR wurden CF-Isolate (n = 77), Isolate von verschiedenen S. aureus Infektionen
und Isolate von gesunden nasalen Trägern, die aus derselben geographischen Region stammten wie die
CF-Patienten, sowie Bakteriämie-Isolate (n = 219) aus einer multizentrischen Studie im
Hinblick auf die agr Zugehörigkeit analysiert. Die Verteilung der agr Gruppen war in allen
vier untersuchten Gruppen vergleichbar. Isolate der agr Gruppe I traten am häufigsten auf
(45 %), gefolgt von agr Gruppe II und III (27 % und 23 %). Am seltensten waren
Isolate der agr Gruppe IV zu finden (5 %). Es fand sich keine Assoziation der Isolate der
CF-Patienten mit einer bestimmten agr Gruppe. Bei siebzehn CF-Patienten waren im Laufe der
prospektiven Studie verschiedene S. aureus-Klone nachweisbar. Um den Einfluss einer
agr-abhängigen bakteriellen Interferenz im Rahmen der Kolonisation und Infektion zu untersuchen,
wurden diese Isolate im Hinblick auf die agr Gruppen mittels PCR charakterisiert. Bei 15/17 Patienten
lagen Klone unterschiedlicher agr Gruppen vor.
Die Natur und Häufigkeit von
Genomveränderungen von S. aureus während der chronischen Lungeninfektion von
CF-Patienten wurden analysiert und mit der Häufigkeit von Genomveränderungen von S.
aureus bei gesunden Nasenträgern verglichen. Signifikant mehr Isolate von CF-Patienten (13/26) als
Isolate von Gesunden (2/38) wiesen Genomveränderungen auf (p < 0,0001). Es gab keine
Assoziation zwischen der Häufigkeit von Genomveränderungen und dem Vorkommen bestimmter
S. aureus Klone. In sieben Paaren konnte die Veränderung in den PFGE Fragmenten einer Insertion
eines weiteren Phagen (Phage 42) zugeschrieben werden, der in das ß-Hämolysin Gen inseriert und
dazu führt, dass die betroffenen Stämme kein ß-Toxin exprimieren.
142
Isolate von zehn Patienten wurden aus der Langzeitstudie der CF-Patienten für die Sequenzierung der
variablen Region von Protein A ausgewählt. Bei fünf Patienten waren die PFGE Bandenmuster der
konsekutiven Isolate identisch, während bei den Isolaten der anderen fünf Patienten
geringfügige Änderungen der Bandenmuster zu beobachten waren, die mit dem Auftreten von ein
bis zwei unabhängigen genetischen Ereignissen vereinbar waren und somit eine enge Verwandtschaft der
Isolate nahe legten.
Von den 142 analysierten Isolaten der zehn Patienten wurden sechzehn verschiedene spa
Typen ermittelt, die jeweils vier bis dreizehn Repeats besaßen (Median 10 Repeats). Die sequentiellen
Isolate der Hälfte der Patienten wiesen für die individuellen Patienten die gleichen spa Typen
auf, während die sequentiellen Isolate der anderen Hälfte der Patienten für jeden Patienten
zwei bis drei unterschiedlichen spa Typen zuzuordnen waren. Die unterschiedlichen spa Typen
der Isolate eines einzelnen Patienten zeigten insgesamt einen ähnlichen Aufbau. Die
Veränderungen, die sich innerhalb des Aufbaus der spa Typen ergaben, waren vereinbar mit
Deletionen und Duplikationen von Repeats oder aber mit Punktmutationen innerhalb der Repeats. Insgesamt
konnten acht unabhängige Mutationsereignisse beobachtet werden, die bei 14 von 142 Isolaten (10 %)
auftraten. Deletionen traten viermal, Duplikationen und Punktmutationen zweimal auf. Die Rate der genetischen
Veränderung (clock speed) der variablen spa Region konnte auf 70 Monate berechnet werden.
Morphologische Charakterisierung
der S. aureussmall colony-variants (SCVs). Thymidin-auxotrophe SCVs, die TMP/SMX resistent
sind, wurden häufig von CF-Patienten isoliert, die über lange Zeit mit diesem Antibiotikum
behandelt wurden. Thymidin-auxotrophe SCVs wurden mit verschiedenen Methoden morphologisch
näher charakterisiert (Kooperation mit M. Herrmann, Homburg/Saar). Im Lichtmikroskop wiesen beide SCV
Phänotypen ein äußerst heterogenes Bild mit einer großen Variation der
Zellgröße auf. Im Unterschied dazu zeigte der phänotypisch normale S. aureus ein sehr
homogenes Bild. Raster-Elektronenmikroskopische Aufnahmen der verschiedenen Phänotypen
unterstrichen die Heterogenität der SCVs. Transmissions-mikroskopische Aufnahmen der Bakterien
zeigten, dass in den SCVs, die Teilungsebenen zum Teil mehrfach oder aber unvollständig angelegt waren,
während beim normalen S.aureus die Teilungsebenen sehr regelmäßig angelegt waren (siehe
auch Bericht zu "Infektionsbiologie und molekulare Charakterisierung von Small Colony Variants").
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