Pacjent przybył do szpitala z czymś, co wyglądało jak zwykłe zakażenie bakteryjne. Ale potem sprawy stały się znacznie poważniejsze: u pacjenta rozwinęła się infekcja „jedząca mięso”, która ostatecznie wymagała amputacji obu rąk i obu nóg.
Co spowodowało, że infekcja wymknęła się spod kontroli? Okazało się, że nie była to infekcja jednym typem bakterii, a raczej połączenie czterech różnych szczepów tego samego gatunku.
Teraz naukowcy wiedzą dokładnie, w jaki sposób te szczepy bakteryjne współpracują ze sobą, aby zdziesiątkować tkanki w ciele, jak podano w nowym badaniu. Odkrycia mogą mieć wpływ na leczenie tak zwanych infekcji „wielobakteryjnych”.
W ostatnim przypadku dr Ashok Chopra, profesor mikrobiologii i immunologii na Wydziale Medycznym University of Texas i jego koledzy odkryli cztery różne szczepy tego samego gatunku bakterii, znane jako Aeromonas hydrophilau zarażonego pacjenta. Razem drobnoustroje rozpoczęły atak bardziej śmiertelny niż jakikolwiek indywidualny szczep mógł sam zorganizować.
Badanie, opublikowane 11 listopada w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences, sugeruje, że trzy szczepy bakteryjne pozwalają czwartemu przedostać się do krwioobiegu i niszczyć tkanki tkanek w całym ciele. A. hydrofila jest rzadką przyczyną infekcji zjadających mięso, ale Chopra spekulował, że inne bakterie zjadające mięso, takie jak E coli, może również stosować podobną strategię ataku. Powiedział jednak, że potrzebne będą dalsze badania, aby to wykazać.
„Mogą różnić się toksynami… ale mogą mieć podobne„ rozmowy ”między różnymi szczepami” - powiedział Chopra. „Pod koniec dnia widzę, że ma to znacznie szersze implikacje w warunkach klinicznych”.
Wiele drobnoustrojów
Kiedy zarażony pacjent został przyjęty do szpitala, lekarze zastosowali tradycyjną diagnostykę, aby ustalić, który patogen jest winny. Zidentyfikowali A. hydrophila, mikrob powszechnie występujący w środowiskach słodkowodnych i słonawych, od jezior, rzek po wodę pitną, zgodnie z klinicznym miejscem referencyjnym UpToDate. Po spożyciu zarazek może powodować biegunkę lub infekować tkanki miękkie w ciele. Ale kiedy A. hydrofila wchodzi w otwartą ranę, może dojść do przerażającej choroby zwanej „martwiczym zapaleniem powięzi”.
Rzadka infekcja szybko przenika i zabija tkanki łączne w całym ciele, przez co narażona osoba jest podatna na niewydolność i śmierć narządów, jak podaje Narodowa Organizacja ds. Rzadkich Zaburzeń. Infekcja zjadająca mięso musi być szybko leczona antybiotykami lub zabiegiem chirurgicznym, tak jak miało to miejsce w przypadku pacjenta w nowym badaniu. Ostatecznie tylko czterokrotna amputacja mogła uratować pacjenta przed szalejącymi drobnoustrojami.
Wstępna diagnoza pacjenta nie ujawniła, dlaczego infekcja przybrała tak nagły i śmiertelny obrót. Chopra wyjaśniła, że tradycyjne testy diagnostyczne identyfikują różne gatunki bakterii na podstawie białek i toksyn wytwarzanych przez bakterie, więc niuans sprawy został początkowo pominięty. „Ale jeśli jesteś na poziomie DNA… to zupełnie inna historia” - powiedział.
W dwóch poprzednich badaniach Chopra i jego współautorzy wyizolowali od pacjenta próbki bakterii i przeanalizowali cały materiał genetyczny zawarty w drobnoustrojach. Analiza ujawniła cztery różne szczepy bakteryjne, określane jako NF1 do 4, które razem spowodowały śmiertelną infekcję. Jednak, co zaskakujące, podczas działania w izolacji żaden z czterech szczepów nie wywołał śmiertelnej infekcji w modelach myszy. Aby dowiedzieć się, w jaki sposób drobnoustroje oddziałują na poważne infekcje, autorzy poprawili DNA szczepów bakteryjnych i zainfekowali mysie modele wieloma szczepami jednocześnie. Zmieniając DNA bakterii, naukowcy mogli zamienić zabijający tkanki arsenał każdego z nich i ustalić, która broń spowodowała, że mieszana infekcja jest tak śmiertelna.
Okazuje się, że każdy szczep bakteryjny ma „różne arsenały wpływające na gospodarza” - powiedziała Chopra.
Trzy z czterech szczepów, od NF2 do NF4, zawierają instrukcje genetyczne dotyczące wytwarzania toksyny zwanej egzotoksyną A lub ExoA, która zapobiega tworzeniu się nowych białek przez zainfekowane komórki. Same te trzy szczepy nadal rozkładają tkankę mięśniową i uzyskują dostęp do krwioobiegu, ale układ odpornościowy szybko usuwa patogen z organizmu.
Natomiast ostatni z czterech szczepów, NF1, wydaje się mniej podatny na atak immunologiczny, ale nie może wymyślić własnego ExoA. Podczas pracy sam drobnoustrój pozostaje w dużej mierze odizolowany w pobliżu miejsca infekcji, zablokowany przez ściany tkanki mięśniowej. Tutaj zaczyna się współpraca bakteryjna. Gdy wiele szczepów A. hydrofila zarażają ciało, szczepy wytwarzające ExoA niweczą przeszkody mięśniowe, umożliwiając NF1 szaleć „jedząc mięso”.
Co ciekawe, trzy pozostałe szczepy pozostają blisko miejsca infekcji, podczas gdy NF1 przejmuje prowadzenie i przepływa przez krwiobieg. Autorzy odkryli, że NF1 faktycznie wytwarza unikalną toksynę, która zabija nie tylko tkanki w ciele, ale także inne szczepy A. hydrofila; sam szczep NF1 zawiera antidotum na własną domową truciznę.
Lepsza diagnostyka?
Nowe odkrycia mogą mieć wpływ na poszukiwanie nowych narzędzi do diagnostyki mikrobiologicznej, powiedział Chopra. Kiedy lekarze myślą o mieszanych infekcjach, zwykle myślą o infekcjach spowodowanych przez dwa lub więcej zupełnie różnych gatunków bakterii, powiedział. Obecny przypadek pokazuje jednak, że różne szczepy tego samego gatunku mogą również łączyć się, aby powodować choroby, a każdy szczep może być podatny na różne leczenie antybiotykami.
„Kiedy leczymy danym antybiotykiem, usuwamy organizm z organizmu” - powiedziała w oświadczeniu współautorka Rita Colwell, mikrobiolog z University of Maryland. „Ale jeśli istnieje inny organizm, który bierze udział w infekcji i jest również patogenny, wówczas wszelkie leczenie antybiotykami, które nie jest również skierowane przeciwko temu organizmowi, może być po prostu gruntem do rozwoju jak szalony”.
Chopra powiedziała, że choć dziś rzadko używana do diagnozowania zakażeń, narzędzia genetyczne mogą kiedyś okazać się przydatne do scharakteryzowania złożonych zakażeń bakteryjnych wywołanych przez więcej niż jeden szczep bakterii.
Ale nie wszyscy zgadzają się z tą prognozą.
„Czy myślę, że zmieni kliniczne leczenie martwiczego zapalenia powięzi? Niekoniecznie” - powiedział Live Science dr Amesh Adalja, lekarz i specjalista chorób zakaźnych z Johns Hopkins University w Baltimore, który nie był zaangażowany w badanie.
Ponieważ martwicze zapalenie powięzi działa tak szybko, zanim lekarze zidentyfikują każdy szczep powodujący infekcję, może być „za późno, aby coś zmienić”, powiedziała Adalja. Identyfikacja różnych szczepów może pomóc w leczeniu łagodniejszych A. hydrofila powiedział, że infekcje, w których określona kombinacja bakterii może pogorszyć wynik, Ale na obecnym etapie szczepy te można wykryć jedynie za pomocą „wyrafinowanych narzędzi genetycznych”, których zwykle nie można znaleźć w warunkach klinicznych.
Jednak badania wyjaśniają, w jaki sposób wiele szczepów bakteryjnych może się łączyć, rozprzestrzeniając w organizmie, siejąc spustoszenie, powiedziała Adalja. Dodał, że interesujące byłoby zbadanie, czy bardziej powszechne bakterie stosują te same strategie do rozprzestrzeniania infekcji w ciele.
