Der Patient kam mit einer Art bakterieller Infektion ins Krankenhaus. Aber dann wurde es viel ernster: Der Patient entwickelte eine "fleischfressende" Infektion, die letztendlich die Amputation beider Arme und beider Beine erforderte.
Was hat dazu geführt, dass die Infektion außer Kontrolle geraten ist? Es stellte sich heraus, dass es sich nicht um eine Infektion mit einer einzigen Bakterienart handelte, sondern um ein Mashup von vier verschiedenen Stämmen derselben Art.
Jetzt wissen Wissenschaftler genau, wie diese Bakterienstämme zusammenarbeiten, um Gewebe im Körper zu dezimieren, wie in einer neuen Studie berichtet wurde. Und die Ergebnisse können Auswirkungen auf die Behandlung dieser sogenannten "polymikrobiellen" Infektionen haben.
Im jüngsten Fall fanden Dr. Ashok Chopra, Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der medizinischen Abteilung der Universität von Texas, und seine Kollegen vier verschiedene Stämme derselben Bakterienart, bekannt als Aeromonas hydrophilabei dem infizierten Patienten. Zusammen starteten die Mikroben einen Angriff, der tödlicher war, als jeder einzelne Stamm allein hätte orchestrieren können.
Die Studie, die am 11. November in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, legt nahe, dass drei der Bakterienstämme es dem vierten ermöglichen, in den Blutkreislauf einzudringen und Gewebe im gesamten Körper zu verwüsten. A. hydrophila ist eine seltene Ursache für fleischfressende Infektionen, aber Chopra spekulierte, dass andere fleischfressende Bakterien wie E colikann auch eine ähnliche Angriffsstrategie anwenden. Es wären jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um dies zu zeigen, sagte er.
"Sie könnten verschiedene Toxine haben ... aber sie könnten ein ähnliches" Übersprechen "zwischen verschiedenen Stämmen haben", sagte Chopra. "Letztendlich sehe ich, dass dies weitreichendere Auswirkungen auf das klinische Umfeld hat."
Mehrere Mikroben
Als der infizierte Patient ins Krankenhaus eingeliefert wurde, verwendeten die Ärzte die traditionelle Diagnostik, um festzustellen, welcher Erreger schuld war. Sie identifizierten A. hydrophila, Eine Mikrobe, die laut dem klinischen Referenzstandort UpToDate häufig in Süßwasser- und Brackwasserumgebungen vorkommt, von Seen über Flüsse bis hin zu Trinkwasser. Bei Einnahme kann der Keim Durchfall verursachen oder Weichteile im Körper infizieren. Aber wenn A. hydrophila tritt in eine offene Wunde ein, kann eine schreckliche Krankheit namens "nekrotisierende Fasziitis" auftreten.
Die seltene Infektion dringt schnell in das Bindegewebe ein und tötet es im gesamten Körper ab, so dass die betroffene Person nach Angaben der Nationalen Organisation für seltene Störungen anfällig für Organversagen und Tod ist. Die fleischfressende Infektion muss schnell mit Antibiotika oder einer Operation behandelt werden, wie dies bei dem Patienten in der neuen Studie der Fall war. Am Ende konnte nur eine vierfache Amputation den Patienten vor den tobenden Mikroben retten.
Die Erstdiagnose des Patienten ergab nicht, warum die Infektion so plötzlich und tödlich verlief. Traditionelle diagnostische Tests identifizieren verschiedene Bakterienspezies basierend auf den Proteinen und Toxinen, die die Bakterien produzieren, erklärte Chopra, so dass die Nuance des Falls zunächst übersehen wurde. "Aber wenn Sie auf der DNA-Ebene sind ... ist es eine ganz andere Geschichte", sagte er.
In zwei früheren Studien isolierten Chopra und seine Co-Autoren Bakterienproben aus dem Patienten und analysierten das gesamte in den Mikroben enthaltene genetische Material. Die Analyse ergab die vier verschiedenen Bakterienstämme, die als NF1 bis 4 bezeichnet werden und zusammen die nahezu tödliche Infektion verursachten. Bemerkenswerterweise löste keiner der vier Stämme bei isoliertem Betrieb eine tödliche Infektion in Mausmodellen aus. Um zu erfahren, wie die Mikroben interagieren, um schwere Infektionen zu verursachen, haben die Autoren die DNA der Bakterienstämme und infizierte Mausmodelle mit mehreren Stämmen gleichzeitig optimiert. Durch Veränderung der DNA der Keime konnten die Wissenschaftler das gewebetötende Arsenal jedes einzelnen austauschen und feststellen, welche Waffen die Mischinfektion so tödlich machten.
Es stellt sich heraus, dass jeder Bakterienstamm "verschiedene Arsenale hat, um den Wirt zu beeinflussen", sagte Chopra.
Drei der vier Stämme, NF2 bis NF4, enthalten genetische Anweisungen zur Herstellung eines Toxins namens Exotoxin A oder ExoA, das verhindert, dass infizierte Zellen neue Proteine aufbauen. Diese drei Stämme bauen für sich genommen immer noch Muskelgewebe ab und erhalten Zugang zum Blutkreislauf, aber das Immunsystem entfernt den Erreger schnell aus dem Körper.
Im Gegensatz dazu scheint der letzte der vier Stämme, NF1, weniger anfällig für Immunangriffe zu sein, kann jedoch keine eigene ExoA herstellen. Wenn die Mikrobe alleine arbeitet, bleibt sie in der Nähe der Infektionsstelle weitgehend isoliert und wird durch Wände des Muskelgewebes blockiert. Hier kommt die bakterielle Teamarbeit ins Spiel. Wenn mehrere Stämme von A. hydrophila infizieren den Körper, die ExoA-produzierenden Stämme reißen die Muskelhürden ab und ermöglichen NF1 einen "fleischfressenden" Amoklauf.
Interessanterweise bleiben die drei anderen Stämme in der Nähe der Infektionsstelle, während NF1 die Führung übernimmt und durch den Blutkreislauf strömt. Die Autoren fanden heraus, dass NF1 tatsächlich ein einzigartiges Toxin produziert, das nicht nur Gewebe im Körper, sondern auch die anderen Stämme von tötet A. hydrophila;; Der NF1-Stamm selbst enthält das Gegenmittel gegen sein eigenes hausgemachtes Gift.
Bessere Diagnose?
Die neuen Erkenntnisse könnten Auswirkungen auf die Suche nach neuen mikrobiellen Diagnosewerkzeugen haben, sagte Chopra. Wenn Ärzte an gemischte Infektionen denken, denken sie häufig an Infektionen, die durch zwei oder mehr völlig unterschiedliche Bakterienarten verursacht werden, sagte er. Der aktuelle Fall zeigt jedoch, dass sich auch verschiedene Stämme derselben Art zusammenschließen können, um Krankheiten zu verursachen, und dass jeder Stamm für verschiedene Antibiotika-Behandlungen anfällig sein kann.
"Wenn wir mit einem bestimmten Antibiotikum behandeln, entfernen wir einen Organismus aus dem Körper", sagte die Co-Autorin Rita Colwell, Mikrobiologin an der University of Maryland, in einer Erklärung. "Aber wenn es einen anderen Organismus gibt, der an der Infektion beteiligt ist und der auch pathogen ist, dann kann jede Antibiotikabehandlung, die nicht auch auf diesen Organismus abzielt, den Boden frei machen, damit er wie verrückt wächst."
Obwohl genetische Instrumente heutzutage nur selten zur Diagnose von Infektionen verwendet werden, könnten sie sich eines Tages als nützlich erweisen, um komplexe bakterielle Infektionen zu charakterisieren, die durch mehr als einen Bakterienstamm verursacht werden, sagte Chopra.
Aber nicht jeder stimmt dieser Vorhersage zu.
"Glaube ich, dass sich die klinische Behandlung der nekrotisierenden Fasziitis ändern wird? Nicht unbedingt", sagte Dr. Amesh Adalja, Arzt und Experte für Infektionskrankheiten an der Johns Hopkins University in Baltimore, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber Live Science.
Da die nekrotisierende Fasziitis so schnell wirkt, kann es "zu spät sein, um einen Unterschied zu machen", sagte Adalja, wenn die Ärzte jeden Stamm bestimmen, der die Infektion verursacht. Die Identifizierung verschiedener Stämme könnte bei der Behandlung von milderen Stämmen hilfreich sein A. hydrophila Infektionen, bei denen eine bestimmte Kombination von Bakterien das Ergebnis verschlechtern könnte, sagte er. Aber so wie es aussieht, konnten diese Stämme nur mit "hoch entwickelten genetischen Werkzeugen" entdeckt werden, die normalerweise nicht in klinischen Umgebungen zu finden sind.
Dennoch untersucht die Forschung, wie mehrere Bakterienstämme zusammenkommen können, um sich im Körper auszubreiten und Chaos zu verursachen, sagte Adalja. Es wäre interessant zu untersuchen, ob häufigere Bakterien dieselben Strategien anwenden, um Infektionen im Körper zu verbreiten, fügte er hinzu.
