Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus

Molekylär epidemiologi hosmethicillin-resistentaStaphylococcus aureusSvepelektronmikroskopisk bild av Staphylococcus aureus-bakterier. Förstoring: x9500. BILD: EYE OF SCIENCE/SCIENCEPHOTOLIB.AV CAROLINA BERGLUNDFredagen den 26 september 2008såg jag slutet på en intensiv ochhändelserik resa, när jag klev upppå scenen för att försvara mitt avhandlingsarbetevid Örebro Universitet.Mina forskarstudier påbörjades på sättoch vis redan år 2003 då jag hade gjortmitt examensarbete vid kliniskt Mikrobiologiskakliniken vid Universitetssjukhuseti Örebro och insåg att jag stodmed en lång rad frågor som jag ännuinte hade fått svar på. Efter att ha avslutatmin magisterexamen inom biomedicinsklaboratorievetenskap blev jagunder hösten 2005 inskriven som doktorandvid Örebro Universitet, och detvar under följande tidsperiod som jagpå riktigt fick lära känna de fascinerandestafylokockerna, och ffa de stafylokockersom är resistenta mot behandlingmed våra vanligaste och mesteffektiva penicilliner.Staphylococcus aureus är en viktigpatogen som orsakar ett brett spektrumav infektioner hos människa, från banalaytliga hudinfektioner till livshotandesepsis och endokardit. Dessa infektionerbehandlas oftast framgångsrikt medstafylokock-penicilliner, s.k. isoxazolyl-penicilliner.Emellertid upptäcktespå 1960-talet methicillin-resistenta S.aureus (MRSA), som bär på genenmecA, och dessa har spridits över helavärlden, framför allt i sjukhusmiljö ochorsakat utbrott av vårdrelaterade (s.k.nosokomiala) infektioner. Dessa infektionerkan inte behandlas med stafylokock-penicillineroch MRSA-isolatenär ofta resistenta även mot andra grupperav antibiotika, vilket medför attinfektionerna är svårbehandlade, menäven kostsamma eftersom dyrare ochmindre effektiva antibiotika måsteanvändas. MRSA bidrar dessutom tilllängre vårdtider och högre mortalitetjämfört med vanliga, methicillin-känsligaS. aureus.Under senare år har emellertid alltfler fall beskrivits av samhällsförvärvadMRSA infektion, det vill säga uppträdandeav MRSA hos personer som tidigareej haft kontakt med sjukhusvård.Det har länge varit oklart om samhällsförvärvadMRSA [community-acquired(CA-MRSA)] representerar spridningfrån sjukhusmiljön ut till samhället ellerom dessa MRSA är spontant uppträdande.Till skillnad från sjukhusförvärvadMRSA [hospital-acquired (HA-MRSA)], som ofta är multiresistenta, ärCA-MRSA vanligtvis känsliga för deflesta antibiotika, med undantag förisoxazolyl-penicillinerna, men mångaav dessa stammar har dock visat sigbära på sjukdomsrelaterade faktorersom generellt är ovanliga hos S. aureus,t.ex. toxinet Panton-Valentine leukocidin(PVL) som associeras med hudinfektioneroch mycket allvarlig lunginflammationmed hög dödlighet hos6 LABORATORIET 6/2008

En ny SCCmec (mitten av bilden), som hade stora likheter med SCCmercury,kunde identifieras hos en MRSA som isolerats i Sverige.unga och annars friska individer.En vanlig, känslig S. aureus blir enMRSA när den erhåller genen mecAsom kodar för ett alternativt penicillinbindandeprotein (PBP2a), vilket medföratt bakterien kan fortsätta att tillväxaoch dela sig trots närvaro av stafylokock-penicillin.MecA återfinns i ettgenetiskt element som kallas staphylococcalcassette chromosome mec(SCCmec) och det har hittills påträffatssex strukturellt olika typer av SCCmec,typ I-VI, hos MRSA. De sex hittillsbeskrivna typerna av SCCmec uppvisarskilda egenskaper beroende på att dekan innehålla ett flertal resistensgenerutöver mecA eller andra gener som ärgynnsamma för bakteriens spridningeller patogenicitet. SamhällsförvärvadMRSA förefaller företrädesvis vara förseddamed SCCmec typ IV eller V. Enhypotes är att dessa två element inteinverkar negativt på bakteriernas ”fitnesscost”, eftersom de är mindre änövriga SCCmec, och att bakteriernadärmed kan överleva och konkurreramed den normala hudfloran hos friskamänniskor i samhället.Sammanfattning avavhandlingsarbetetMin avhandling beskriver den molekyläraepidemiologin hos MRSA medfokus på de samhällsförvärvade isolatensom utgjorde mer än hälften avsamtliga fall av MRSA i Örebro län ochsom dessutom ofta producerade PVLtoxinet.Undersökning av ursprung och släktskaphos samtliga MRSA som isoleratsi Örebro län, samt karaktärisering avSCCmec, visade att CA-MRSA inte ärrelaterade till de nosokomiala MRSA,och att dessa har uppstått oberoende avvarandra. Flertalet MRSA visade sigdessutom bära på okända SCCmec, vilketytterligare talar för att MRSA uppkommerspontant i vårt samhälle. Troligenhar dessa MRSA uppstått genom ettgenetiskt utbyte av SCCmec mellanmethicillin-resistenta koagulas-negativastafylokocker (MR-KNS), som utgörhuvudparten av normalfloran på huden,och methicillin-känsliga S. aureus somdärvid erhåller genen mecA och följaktligenresistensmekanismer mot samtligastafylokockantibiotika. I minavhandling framlägger jag bevis för attett sådant genetiskt utbyte kan ha skettpå nyföddhetsavdelningen på Barnklinikenpå Universitetssjukhuset i Örebroi slutet på 1990-talet, vilket resulteradei uppkomsten av en ny klon av MRSAsom därefter orsakade ett allvarligtutbrott. Under 90-talet påvisade man pånyföddhetsavdelningen ofta methicillin-resistentaS. haemolyticus (MRSH) iblododlingar, och dessa visade sig bärapå en variant av typ V SCCmec. Sammavariant av typ V SCCmec kunde jagpåvisa hos de MRSA som orsakadeutbrottet, vilket talar för att det hadeskett en överföring av SCCmec från enMRSH till en tidigare känslig S. aureus,och att det därmed föddes en ny klon avMRSA. På samma avdelning såg jagäven att den känsliga S. aureus, somefter genutbytet blev en MRSA, varvanligt förekommande under 90-talet.Jag lyckades alltså påvisa både donatoroch mottagare av den typ V SCCmecsom återfanns hos MRSA-isolaten,under samma tidsperiod. Sedan utbrottetår 1998 har inte några ytterligareMRSA med denna variant av typ VSCCmec påträffats i Örebro, och ävenden endemiskt förkommande klonen avMRSH försvann spårlöst. Anledningentill att de båda resistenta arterna försvannkan sannolikt förklaras av dehygieniska åtgärder som vidtogs, inklusiveupprepade odlingar på både patienteroch personal, för att förhindra vidarespridning av MRSA.Unika SCCmec i SverigeFlertalet MRSA, huvudsakligen frånÖrebro, men även ifrån Västra Götalandsregion och Gotland, kunde intekaraktäriseras avseende typ I-VISCCmec och dessa undersökte jag mhaen framstående forskargrupp ledd avprofessor Keiichi Hiramatsu vid JuntendoUniversity i Tokyo, Japan. Jaglyckades beskriva tre unika SCCmechos våra svenska MRSA genom kloningoch kartläggning av bakteriernasDNA, och jag har valt att benämnadem; typ IVi, typ IVj samt typ VIISCCmec. Typ IVi och typ IVj SCCmechade stora likheter med den tidigarebeskrivna typ IV SCCmec, men debestod även av delar som beskrivits hosandra typer av SCCmec; typ I och typII, vilket talar för att de har ett gemensamtursprung eller att de har uppståttgenom rekombination av två skildaSCCmec. Majoriteten av våra MRSAbar på just typ IV SCCmec, som associerasmed CA-MRSA, och jag såg attdessa var påtagligt diversifierade.MRSA med typ IV SCCmec förefalleralltså vara mer promiskuösa och det ärtroligt att typ IV SCCmec på ett merobehindrat sätt kan överföras mellanbakterier. Man vet inte exakt hur det gårLABORATORIET 6/2008 7

Pssst! Du grabben! Vill du bli en superbakterie..?Stoppa lite av det här i ditt DNA...Inte ens penicillin kommer att kunna skada dig.”Det var på väg genom sjukhusets kök som Albert första gången kom ikontakt med en representant för Antibiotiska motståndsrörelsen.”till när SCCmec överförs mellan bakterier,men vi kan konstatera att det trotsallt är en sällsynt händelse eftersom detinternationellt har beskrivits ett relativtfåtal genotyper av MRSA.Typ VII SCCmec var unik eftersomdet var identiskt med ett element sombenämns SCCmercury, som bär på meroperonetoch medierar resistens motkvicksilver, med skillnaden att typ VIIsaknade just mer-operonet och iställetbar på mecA, som medierar methicillinresistens.Detta visar tydligt att SCCfungerar som transportörer av olikagener hos stafylokocker, och inte uteslutandemecA. Resultaten ger oss enbättre förståelse för hur resistens uppkommeroch sprider sig samt mekanismernabakom detta. Den molekylärbiologiskadiagnostiken av MRSA baserasofta på SCCmec och de nya kunskapernasom jag presenterar i min avhandlingkan därmed även bidra till en förbättraddiagnostik. Detta är framför allt av storbetydelse eftersom nya effektiva klonerav MRSA, med potential att orsakasvårbehandlade infektioner, verkarkunna uppstå ute i samhället och spridasig bland den friska befolkningen.Panton-Valentine leukocidinhos S. aureusGenerellt produceras PVL-toxinet avmindre än 2 % av S. aureus men detvisade sig att närmare 70 % av CA-MRSA i Örebro bar på generna för dettatoxin. Dessutom tillhörde både MRSAoch methicillin-känsliga S. aureus, sombar på PVL-generna, olika genotyper,dvs de var inte besläktade med varandra.Då jag undersökte PVL-genernavidare och kartlade DNA-sekvensenkunde jag påvisa flertalet mutationer,och framför allt en intressant s.k. ickesynonymmutation. Eftersom en ickesynonymmutation kan leda till en förändradstruktur och aktivitet hos proteinetså undersökte jag funktionen hosdet förändrade PVL-toxinet med hjälpav Dr Gilles Prévost och hans forskargruppvid Université Louis Pasteur iStrasbourg i Frankrike, som bedriverframstående forskning kring just leukocidiner.Jag renade fram PVL-toxinetsolika subenheter mha kromatografi ochundersökte samtliga steg i det förändradetoxinets funktion på humana polymorfonukleäraceller med ffa flödescytometriskaanalyser. Den upptäcktamutationen visade sig emellertid inte haförändrat toxiciteten hos PVL-toxinetoch kunde alltså inte förklara varförvissa PVL-producerande S. aureus harförmåga att orsaka mycket allvarligainfektioner.SAMMANFATTNINGSVIS kan jag konstateraatt nosokomiala MRSA sprider sigöver hela världen via infekterade ellerkoloniserade personer, medan CA-MRSA förefaller uppstå i samhälletgenom genutbyte mellan vanliga resistentahud-stafylokocker och S. aureus,som erhåller SCCmec och därmed blirMRSA. Denna nya kunskap innebär attvi i Sverige bör vara uppmärksamma påatt MRSA kan kolonisera friska människori samhället och att man ska varagenerös med odlingar t.ex. i primärvården,när patienter uppvisar oklarahudinfektioner, för att hålla dessa utanförsjukhusen och för att förhindra vidarespridning av MRSA.Min forskarutbildning har gett migstor kunskap och ett vetenskapligt förhållningssättsom krävs för att självständigtbedriva forskningsarbete. Detjag emellertid värdesätter mest är deunika erfarenheter som jag har erhållit,ffa under mina forskningsperioderutomlands, där jag fick möjligheten attarbeta med fantastiska människor somhar lärt mig några av de unika ”hemligheter”som man inte kan läsa sig till ilitteraturen. Som doktorand har jagutsatts för utmaningar, där jag t.ex. medskakande ben har klivit upp inför storaauditorier för att presentera resultat,eller där jag slitit mitt hår av motgångari det praktiska arbetet. Dessa utmaningarhar emellertid bidragit till att jag harvuxit som människa och fått ett störresjälvförtroende. När det väl var dags förmin disputation mötte jag min opponentoch betygsnämnd med en obligatorisksamling fjärilar i magen, men samtidigtkände jag en inre ro och självsäkerhetav vetskapen att ingen annan faktisktkan mer om ett doktorandarbete än densom själv har utfört det..Carolina Berglund disputerade den26 september 2008 med avhandlingen”Molecular Epidemiology ofMethicillin-Resistant Staphylococcusaureus – Epidemiological aspects ofMRSA and the dissemination in thecommunity and in hospitals”, vidHälsoakademin, Örebro Universitet.E-post: carolina.berglund@aleris.se8 LABORATORIET 6/2008