Phänotypische und genetische Diversität von Staphylococcus aureus bei der langzeitigen Kolonisation von zystisch fibrotischer Lunge

Abstract

Die zystische Fibrose ist eine genetische Stoffwechselerkrankung, die aufgrund einer Mutation des CFTR-Gens zu einer gestörten Funktion des CFTRAnionkanals führt. In der Lunge kommt es unter anderem zu einer erhöhten Viskosität des Schleims. Diese modifizierte Physiologie der Atemwege begünstigt die Besiedlung mit Pathogenen. Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Keime, die mit der zystischen Fibrose assoziiert sind. Besonders bei jungen Patienten ist es eine Ursache für chronische Infektionen, wiederholte Antibiotikatherapie und Verminderung der Lungenfunktion. Dabei kommt es zur Anpassung der Bakterienpopulationen an die spezifischen Bedingungen. Verschiedene Studie haben gezeigt, dass es in der CF-Lunge zu einer erhöhten phänotypischen sowie genetischen Diversität von S. aureus kommt. Die genetische Diversität wurde bis jetzt nur zwischen phänotypischen Varianten untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu untersuchen, ob phänotypisch identische S. aureus Kolonien genetische Heterogenität zeigen und ob sich die Diversifikation in der Antibiotikaresistenz und Agr-Aktivität widerspiegelt. Es wurden Sputen und Nasenabstriche von zwölf CF-Patienten sowie Nasenabstrichen von neun gesunden Probanden über zwei Jahre gesammelt. Zwei bis drei Folgeuntersuchungen pro Probanden wurden durchgeführt. Pro Probe wurden mindestens fünf Kolonien isoliert und für weitere Untersuchungen eingefroren. Es wurden besonders S. aureus Kolonien mit auffallend unterschiedlichem Phänotyp (Hämolyse, Farbe, Größe) isoliert. Die S. aureus Isolate wurden auf phänotypische und genetische Diversität mittels PFGE und spa-Typisierung, Agr- Aktivität und Antibiotikaresistenzen untersucht. Von allen Patienten wurden dazu klinische Daten erhoben. Eine höchste phänotypische Diversität wurde in der Lunge von CF-Patienten beobachtet. Mit Hilfe von PFGE und spa-Typisierung könnte nachgewiesen werden, dass diese Diversität auch auf genetischer Ebene zu beobachten ist. Jedoch konnten wir keine Korrelation zwischen phänotypischer und genetischer Diversität nachweisen. Trotz häufiger antibiotischer Therapie waren die meistens Isolate sensibel für die zwölf untersuchten Antibiotika. 50% der Sputumproben waren resistent gegen Ciprofloxacin. Wir haben eine Fluktuation der Resistenzlage über die Zeit beobachtet, sodass wir vermuten, dass es zu schnellem Gewinn oder Verlust von Resistenzgenen kommt. Heterogenität des Resistenzverhaltens haben wir vor allem gegen Ciprofloxacin und in wenigen Proben gegen Gentamicin und Erythromycin beobachtet. Ob eine genauere Resistenztestung von phänotypisch identischen Isolaten eine klinische Relevanz hat, sollte eine Studie mit höherer Teilnehmeranzahl untersuchen. Es ist daher wichtig, nicht nur phänotypische Varianten genetisch genauer zu untersuchen, sondern auch zufällig phänotypisch identische Kolonien zu typisieren, um ein genaueres Bild der Heterogenität zu bekommen. Durch „longread und short-read Next Generation Sequencing“ sollte in weiteren Arbeiten geklärt werden, welche genetischen Veränderungen in den S. aureus Populationen auftreten.