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Population-based studies of Staphylococcus aureus contribute to understanding the epidemiology of S. aureus infection. We enrolled surgical inpatients admitted to an African tertiary-care hospital in order to prospectively analyze the nosocomial impact of S. aureus. Data collection included an active sampling of the anterior nares and infectious foci within 48 h after admission and subsequently when clinically indicated. All S. aureus isolates were spa and agr genotyped. Possession of Panton-Valentine leukocidin (PVL) and other toxin genes was determined. We analyzed antibiotic susceptibility profiles by VITEK 2 systems and verified methicillin-resistant S. aureus (MRSA) by mecA/C PCR. Among 325 patients, 15.4% carried methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) at admission, while 3.7% carried MRSA. The incidence densities of nosocomial infections due to MSSA and MRSA were 35.4 and 6.2 infections per 10,000 patient-days, respectively. Among all 47 nosocomial infections, skin and soft-tissue (40.4%) and bones or joints’ (25.5%) infections predominated. Six (12.7%) infection-related S. aureus isolates harbored PVL genes including two (4.2%) MRSA: overall, seventeen (36.2%) isolates carried pyrogenic toxin superantigens or other toxin genes. This study illustrates the considerable nosocomial impact of S. aureus in a Nigerian University hospital. Furthermore, they indicate a need for effective approaches to curtail nosocomial acquisition of multidrug-resistant S. aureus.
Das Robert Koch-Institut (RKI) empfiehlt die Durchführung einer ärztlichen Risikoanalyse für das Vorliegen einer bestehenden MRSA-Kolonisation und -Infektion, um zu entscheiden, welche Patienten in ein MRSA-Aufnahmescreening einzuschließen sind. Nach einem MRSA-Ausbruch im Mai/Juni 2006 in der Klinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald wurde in Anlehnung an die „Search and destroy“-Strategie der Niederlande ein PCR-basiertes generelles MRSA-Screening eingeführt. Alle stationär aufzunehmenden Patienten erhielten sowohl 14 Tage vor der Aufnahme als auch am Aufnahmetag einen MRSA-Abstrich, wobei die Proben aus beiden Nasenvorhöfen und von sichtbaren Erkrankungen der Haut sowie Wunden entnommen wurden. Nach Einleitung der Maßnahmen konnte ein Rückgang der Prävalenz von 14.7 % (Mai/Juni 2006) auf 1.6 % (Juli 2006-Dezember 2010) sowie der Inzidenzdichte von 19.4 (Mai/Juni 2006) auf 1.8 (Juli 2006-Dezember 2010) nachgewiesen werden. MRSA-Transmissionen traten nicht auf. Die vorliegenden Daten der Klinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald zeigen, dass dermatologische Einrichtungen ohne intensivmedizinische Betreuung, jedoch mit hohem Anteil von Patienten mit chronischen Erkrankungen (z. B. chronische Wunden, Diabetes mellitus) ähnlich hohe MRSA-Raten wie anerkannte Hochrisikostationen (u.a. Intensivstationen) erreichen können. Dementsprechend muss auch in dermatologischen Einrichtungen mit relevanten Transmissionsraten gerechnet werden, sodass dermatologische Abteilungen als MRSA-Risikostationen anerkannt werden sollten. Im Rahmen des MRSA-Screenings sollten nach Empfehlungen des Robert Koch-Institutes definierte Prädilektionsstellen (mindestens beide vorderen Nasenvorhöfe, Rachen, Wunden; ggf. Perineum und Leiste) für eine MRSA-Kolonisation untersucht werden. Unter Berücksichtigung der analysierten Daten wird für dermatologische Einrichtungen eine Dreifachkombination von Nase, vorhandenen Wunden und Hautläsionen (u.a. Ekzem, Psoriasis) für die MRSA-Surveillance empfohlen. Die zusätzliche Entnahme von Proben aus dem Rachen kann gemäß der RKI-Empfehlungen zu einer höheren Sensitivität des MRSA-Nachweises führen. Aus den erhobenen Daten kann kein eindeutiger Vorteil durch die zusätzliche Entnahme von Proben aus dem Rachen abgeleitet werden, wobei die Zahlen für eine Verallgemeinerung zu gering sind. Basis des MRSA-Nachweises ist laut RKI-Vorgaben ein kultureller Nachweis, bei dem zusätzliche Charakteristika (Identifizierung, Empfindlichkeitstestung, Testung Virulenzfaktoren) erhoben werden können. Neben dem kulturellen Nachweis (24-48 Stunden) ist es möglich eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zu einem schnelleren MRSA-Nachweis einzusetzen (nicht zum Nachweis von MRSA-Infektionen, nicht zur Kontrolle eines Sanierungserfolges). Wie die vorliegenden Daten zeigen, kann ein PCR-gestütztes generelles Aufnahmescreening in Kombination mit einem prästationären Screening eine MRSA-Transmission in einer Dermatologie zuverlässig verhindern. Neben dieser Strategie mit Modellcharakter ist zusätzlich eine funktionierende Basishygiene in allen beteiligten Bereichen wichtige Voraussetzung für die Vermeidung von MRSA-Transmissionen. Goldstandard in der MRSA-Diagnostik war auch in der Greifswalder Dermatologie der kulturelle MRSA-Nachweis, wobei im Gegensatz zu den RKI-Vorgaben eine 72-stündige Bebrütungszeit empfohlen wird. 12 % nicht detektierte MRSA-Träger sollten bei der MRSA-Surveillance insbesondere für die Transmission und für eine potentielle Infektionsquelle in dermatologischen Einrichtungen nicht toleriert werden. Derzeit werden weiterhin alle stationären Patienten in der Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald auf MRSA gescreent. Dabei wurde das prästationäre Zeitfenster auf 8 Wochen erweitert. Patienten, die innerhalb der letzten 8 Wochen vor Aufnahme einen negativen MRSA-Befund nachweisen können, werden am Aufnahmetag nicht erneut gescreent. In der Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald traten weiterhin keine Transmissionen auf. Die MRSA-Prävalenz betrug im Durchschnitt 1 % (2011 0.76 %, 2012 0.69 %, 2013 1.58 %, 2014 1.06 %). Das Beibehalten eines modifizierten generellen Aufnahmescreenings erfolgt, da MRSA auch bei Patienten ohne klassische Risikofaktoren (n = 21, 35 % der MRSA-Patienten) nachgewiesen werden konnte.
Multiresistente Erreger (MRE) gelten als Auslöser schwer behandelbarer nosokomialer Infektionen. Der Großteil der MRE kann neben dem Menschen auch landwirtschaftliche Nutztiere kolonisieren oder seltener infizieren. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Vorkommens von Methicillin-resistenten S. aureus (MRSA) und Extended-spectrum β-Laktamase (ESBL) bildenden E. coli bei landwirtschaftlichen Mitarbeitern und Nutztieren in Mecklenburg-Vorpommern im Jahr 2012. In die Untersuchungen konnten 17 Schweine-, 11 Rinder- und 6 Geflügelbetriebe und 78 dort Beschäftigte einbezogen werden. Zur Untersuchung auf MRSA wurden bei den Mitarbeitern kombinierte Nasen-Rachen-Abstriche entnommen, in den Tierställen erfolgten Staubproben sowie beim Geflügel zusätzlich Choanenabstriche. Der Mikrobouillon-Verdünnungstest diente der Ermittlung des Antibiotikaresistenzphänotyps. Es erfolgten eine spa-Typisierung, Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) sowie Polymerasekettenreaktion (PCR) auf das Vorkommen des Genes luk-PV. Insgesamt waren 20 Mitarbeiter aus schweinehaltenden Betrieben mit MRSA kolonisiert. In 6 von 17 Schweinebetrieben wurden MRSA-positive Staubsammelproben nachgewiesen. Alle MRSA-Isolate ließen sich dem klonalen Komplex (CC) 398 zuordnen, dem typischen livestock-associated (LA-) MRSA. Das für den Virulenzfaktor Panton-Valentin-Leukozidin codierende Gen luk-PV wurde nicht detektiert. Die spa-Typen t034 (9/26), t011 (7/26) und t2370 (7/26) dominierten. Alle Isolate wiesen Resistenzen gegen Oxacillin und Oxytetrazyklin auf, der häufigste Resistenzphänotyp zeigte zusätzlich eine Resistenz gegen Erythromycin und Clindamycin (16/26). Resistenzen gegen Fluorchinolone (5/26) und Gentamicin (3/26) traten deutlich seltener in Erscheinung. Ein zooanthroponotischer Transfer liegt aufgrund des ausschließlichen Nachweises des CC398 nahe; zudem wiesen drei humane Isolate die identischen spa-Typen und Resistenzmuster wie die jeweiligen korrespondierenden Isolate aus den Stallstaubproben auf. Eine Korrelation zwischen der Arbeit in der Schweinehaltung und der MRSA-Positivität der Mitarbeiter wurde nachgewiesen (p < 0,001). Zur Isolation der ESBL-bildenden E. coli von den Mitarbeitern erfolgten Leistenabstriche. In den Tierbeständen wurden Kotsammel- bzw. Sockenproben, in den Geflügelställen zusätzlich Kloakenabstriche entnommen. Zur weiterführenden Untersuchung der Isolate erfolgten eine MLST zur Charakterisierung der Housekeeping-Gene und eine Multiplex-PCR zur Detektion der β-Laktamasen CTX-M, TEM, SHV und OXA. Für ausgewählte Isolate fand eine Subtypisierung mittels Sanger-Sequenzierung statt. Insgesamt 5 der 73 Mitarbeiter wiesen ESBL-bildende E. coli auf, drei dieser Personen waren in Rinder-, zwei in Schweinebetrieben beschäftigt. Alle fünf Isolate codierten CTX-M-Gene, zwei Isolate wiesen ebenfalls TEM, ein Isolat zusätzlich OXA auf. Insgesamt wiesen 14 Schweine-, 6 Rinder- und 3 Geflügelbetriebe ESBL-bildende E. coli auf. Zudem konnten in 9 der 60 Kloakentupfer aus zwei unterschiedlichen Betrieben ESBL-Bildner detektiert werden. CTX-M war die am häufigsten in Rinder- und Schweinebetrieben nachgewiesene β-Laktamase, in den Geflügelbetrieben dominierte SHV. Ein Isolat eines Probanden und das korrespondierende Isolat aus der Kotsammelprobe des Rinderbetriebes wiesen beide den MLST ST3891 und eine CTX-M-1/-61 β-Laktamase auf. Das deutet auf einen potentiellen zoonotischen Transfer hin. Zudem wurden in drei Isolaten von Mitarbeitern und den zugehörigen tierischen Kotproben die gleichen ESBL-Allele gefunden, wodurch ein horizontaler Gentransfer möglich erscheint. Die Ergebnisse zeigen die weite Verbreitung von LA-MRSA in Schweinebetrieben (35%) in Mecklenburg-Vorpommern und die damit einhergehende Gefährdung der Mitarbeiter auf. ESBL-bildende E. coli waren in mehr als Zweidrittel der untersuchten Betriebe nachweisbar, zudem weisen die Ergebnisse erstmals auf eine potentielle zoonotische Übertragung von Rindern auf den Menschen hin. Die hohen Detektionsraten von MRSA und ESBL-bildenden E. coli bei landwirtschaftlichen Nutztieren als auch die potentielle Übertragung auf Mitarbeiter unterstreichen die Notwendigkeit einer regelmäßigen Surveillance.
Auf den inneren und äußeren Oberflächen des Menschen existieren zahlreiche Mikrohabitate mit limitiertem Sauerstoffangebot. Vor allem während infektiöser Vorgänge kann aufgrund einwandernder Neutrophile die Sauerstoffkonzentration im menschlichen Gewebe auf unter 1% sinken. Eine rasche Anpassung an das vorherrschende Sauerstofflevel und die Nutzung effizienter alternativer Atmungsformen oder des Gärungsstoffwechsels sind deshalb entscheidend für das mikrobielle Überleben im menschlichen Wirt. In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurde die anaerobe Genexpression von Staphylococcus aureus sowie die zugrundeliegenden regulatorischen Mechanismen näher untersucht. Die sich in vier Teile gliedernde Arbeit befasst sich zunächst mit einer eingehenden Beschreibung der anaeroben Adaptation und Physiologie von S. aureus auf Ebene des Transkriptoms, der Proteinsynthese und des extrazellulären Metaboloms. Die Identifikation eines konservierten Sequenzmotivs (inverted repeat) vor zahlreichen anaerob induzierten Genen war Ausgangspunkt für die Untersuchung der entsprechenden regulatorischen Vorgänge im zweiten Teil dieser Arbeit. Diese führten letztlich in Kooperation mit Arbeitsgruppen aus den USA, Schweden und Deutschland (AG R. Proctor, Universität Wisconsin; AG C. von Wachenfeldt, Universität Lund; AG C. von Eiff, Universität Münster; AG M. Lalk, Universität Greifswald) zu der Identifikation des Rex Proteins (SACOL2035) als zentraler Regulator der anaeroben Genexpression in S. aureus. Neben der Rex-abhängigen Expressionskontrolle wurde in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Friedrich Götz (Universität Tübingen) auch der Einfluss des Zwei-Komponenten¬systems NreBC auf die Genexpression in S. aureus näher untersucht. Auf Ebene des Transkriptoms, Proteoms und Metaboloms konnte so die essentielle Bedeutung des NreBC-Systems für die Expression der dissimilatorischen Nitrat- und Nitritreduktasen in S. aureus nachgewiesen werden. Der dritte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Einordnung des anaeroben Proteinsynthese¬musters (Proteomsignatur) in den Kontext zahlreicher anderer stressinduzierter Proteomsignaturen von S. aureus. Die aus diesem komplexen Vergleich gewonnenen Ergebnisse geben detaillierte Einblicke in die Spezifitäten und Gemeinsam¬keiten der Proteinsynthese von S. aureus als Reaktion auf oxidativen Stress (H2O2, Diamid und Paraquat), nitrosativen Stress (NO), Sauerstofflimitation in An- und Abwesenheit von Nitrat, Hitzestress (48°C) sowie subinhibitorische Antibiotikakonzentrationen (Puromycin, Mupirocin). Für die Bereitstellung der entsprechenden Daten wurde im Rahmen dieser Arbeit zudem ein mySQL-basiertes System entwickelt, das die Visualisierung der Daten mit komplexen Abfrage- und Filtermöglichkeiten verknüpft (http://www.aureolib.de). Im letzten Teil gibt diese Arbeit schließlich einen Überblick über die Leistungen und Möglichkeiten der Proteomanalyse hinsichtlich physiologischer und infektionsrelevanter Fragestellungen. Besondere Beachtung findet hier die Aufklärung und Struktur des bereits erwähnten Rex Modulons.
Das humanpathogene Bakterium Staphylococcus aureus kann verschiedene, zum Teil lebensbedrohliche Erkrankungen wie Hautinfektionen (Furunkel, Karbunkel), Lungen-entzündung, Osteomyelitis (Knochenmarksentzündung), Endokarditis (Entzündung der Herzinnenhaut) und Sepsis auslösen. Dabei gehört S. aureus zu den häufigsten Erregern von Krankenhausinfektionen, sogenannten Nosokomialinfektionen. Deren Behandlung mittels Antibiotika stellt aufgrund von multiplen Antibiotikaresistenzen von S. aureus eine immer größere Heraus¬forderung dar, da dieser fähig ist, sich rapide an verändernde Umweltbedingungen anzu¬passen. Die Interaktion des pathogenen Bakteriums mit seiner Umwelt und seinem Wirt ist insbesondere durch den Proteinbestand, der auf der Zelloberfläche exponiert ist, bestimmt. S. aureus exprimiert ein Arsenal an Zellober-flächen-gebundenen Virulenzfaktoren, die zur Kolonisierung und Infektion von humanem Gewebe führen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Anwendung von Massen¬spektrometrie-basierten Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung der Zellober¬flächen¬-assoziierten Proteine von S. aureus. Dabei ist es gelungen, durch die Gel-freien und GeLC-MS/MS-basierten Methoden Biotinylierung und Trypsin-Behandlung 77% aller be-kannten Oberflächenproteine und zwei Drittel aller nach außen ragenden Membran-veran-kerten Lipoproteine von S. aureus zugänglich zu machen. Bei der Biotinylierung handelt es sich um eine Methode, bei der die Oberflächenproteine von intakten Zellen mit einem membranimpermeablen Reagenz markiert und anschließend über Affinitäts¬chroma-tographie aufgereinigt werden. Dagegen erfolgt bei der Trypsin-Behandlung die proteo-lytische Abspaltung der Oberflächen-exponierten Protein¬domänen. Erstmalig ist durch Markierung der Proteine mit stabilen Isotopen, dem sogenannten 14N/15N-metabolischen Labeling, auch eine relative Quantifizierung der Oberflächenproteine von S. aureus möglich. Bei der Analyse des Oberflächenproteoms von wachsenden und nicht-wachsenden S. aureus Zellen konnten mittels Biotinylierung 146 Oberflächenproteine identifiziert werden. Durch relative Quantifizierung wurde gezeigt, dass Zelloberflächen-assoziierte Adhäsine von S. aureus, wie der Fibrinogen-bindende clumping Faktor B, vorzugsweise während des Wachstums exprimiert werden, während nicht-wachsende Zellen erhöhte Mengen an clumping Faktor A aufweisen. Desweiteren war die Menge an immunodominanten Antigen B auf der Zelloberfläche in der stationären Phase mehr als 10-fach erhöht. Bei dieser Arbeit wurde erstmalig das Gesamt¬proteom des Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus COL, bestehend aus cytosolischem, extra¬zellulärem, Membran- und Oberflächenproteom, um¬fassend identifiziert und quantifiziert (Becher et al., 2009). Um die Pathogenität von S. aureus näher zu erforschen, wurde das Oberflächenproteom des Wildtyps mit dem einer sigB-Mutante verglichen. Der alternative Sigma-Faktor SigmaB kontrolliert ein großes Regulon bestehend aus etwa 300 Genen, von denen viele in die Virulenz von S. aureus involviert sind. Durch Kombination von 14N/15N-metabolischen Labeling, Biotinylierung und GeLC-MS/MS konnten 98 Oberflächen-proteine quantifiziert werden. Von den 49 Proteinen, die in der sigB-Mutante verändert vorlagen, waren 21 schon als SigmaB-abhängig oder durch SigmaB beeinflusst bekannt. In dieser Arbeit konnten weitere 28 Oberflächenproteine erstmalig als SigmaB-abhängig beschrieben werden. Die Gruppe der Zelloberflächen-assoziierten Proteine und Virulenz-faktoren, die durch SigmaB beeinflusst werden, wurde so erweitert (Hempel et al., 2010). Durch Trypsin-Behandlung wurden insgesamt 63 Oberflächen¬proteine beim Vergleich vier verschiedener S. aureus Stämme identifiziert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das Oberflächenproteom verschiedener S. aureus Stämme extrem variabel ist. Weniger als 10% der identifizierten Oberflächenproteine aller vier Stämme stimmten überein (Dreisbach et al., 2010). Eine optimale Analyse der Oberflächen¬proteine von S. aureus wird durch eine Kombination von Biotinylierung und Trypsin-Behandlung erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass Sortase-Substrate insbesondere durch Trypsin zugänglich sind, während Lipoproteine optimal durch Biotinylierung analysiert werden können. Das Protokoll zur Trypsin-Behandlung wurde modifiziert, stark vereinfacht und ist auch zur Quantifizierung von Oberflächen¬proteinen geeignet. Durch Kombi¬nation beider Methoden mit 14N/15N-metabolischen Labeling konnten 221 Oberflächen¬proteine identifiziert und 158 quantifiziert werden. Hierbei wurde S. aureus unter Eisenmangel-bedingungen untersucht. In den Körperflüssigkeiten von Säugetieren herrschen Eisenmangelbedingungen, und diese fungieren als wichtiges Wirtssignal für die Bakterien um Virulenzproteine zu exprimieren. Unter diesen infektionsrelevanten in vitro Bedingungen wurden insbesondere Zelloberflächenproteine wie die eisenabhängigen Häm-bindenden Proteine IsdA, IsdB, IsdC und IsdD, sowie lipidver¬ankerte Eisen-bindende Proteine stark induziert gefunden (Hempel et al., unpublished).
Diese Arbeit befasst sich mit der ökonomischen Evaluation innovativer Infektionsprävention.
Dabei liegt der Fokus auf einem stakeholderbasierten Hygienemanagement und
der modellhaften Einführung eines prästationären Screenings auf Multiresistente Erreger (MRE) mit anschließender Kostenanalyse.
Bei der Einführung innovativer Infektionspräventionsmaßnahmen im Krankenhaus ist
die Beurteilung der aktuellen Situation grundlegend. Krankenhausleitungen sollten als
Stakeholder die Rolle der Machtpromotoren aufgrund ihrer Position und Entscheidungskompetenz
dabei übernehmen. Allerdings gibt es keine empirischen Beweise dafür,
ob diese Annahme gültig ist oder nicht. Diese Arbeit berichtet darüber, wie deutsche
Krankenhausleitungen die aktuellen Herausforderungen in der Infektionsprävention
wahrnehmen. Analysiert werden ferner die fördernden und hemmenden Faktoren bei
der Einführung von innovativen Infektionspräventionsmaßnahmen. Dazu wurde eine
Online-Befragung bei deutschen Krankenhausleitungen durchgeführt. An der Befragung
nahmen 266 Krankenhausführungskräfte teil. Die Befragung ergab, dass die Übertragung
von Krankheitserregern vor allem im stationären Bereich, insbesondere in Akutkrankenhäusern
und in der stationären Altenpflege gesehen wurde. Der Zeitmangel des
Personals und die Refinanzierung von Infektionspräventionsmaßnahmen durch die
Krankenkassen wurden vorrangig als Barrieren bei der Umsetzung neuartiger Infektionspräventionskonzepte
empfunden. Die befragten Krankenhausleitungen bewerteten,
dass die aktive Einbindung der Patienten und deren Angehörigen in den Infektionsschutz
die Infektionsprävention ihrer Einrichtung stärken könnte. Es lässt sich aus der
Erhebung schlussfolgern, dass Krankenhausführungskräfte offen für innovative Hygienemaßnahmen
sind. Insbesondere begrüßen sie die aktive Einbindung der Patienten und
deren Angehörigen in die Infektionsprävention. Um diese innovative Infektionsprävention
voranzubringen, müssen daher finanzielle und institutionelle Barrieren, wie z. B.
eine unzureichende Finanzierung des Hygienemanagements überwunden werden.
In dieser Arbeit wurden ebenso die identifizierten Herausforderungen bei der Einführung
eines prästationären MRE-Screening sowie deren Bewältigung dargestellt. Des
Weiteren wurden die erwarteten Kosten einer prästationären MREManagementstrategie
im Vergleich zur stationären MRE-Managementstrategie berechnet.
Insbesondere die Überwindung der Sektorengrenzen im Gesundheitswesen bildete
eine Herausforderung bei der Einführung des prästationären MRE-Screenings. Hierzu
zählten vor allem die Abstimmung zwischen behandelndem Vertragsarzt und aufneh34
mendem Krankenhaus sowie die gesicherte Informationsübermittlung zwischen den
beteiligten Akteuren. Durch Schaffung transparenter, sektorenverbindender Prozesse
kann diese Herausforderung bewältigt werden. Als grundlegende Herausforderung besteht
weiterhin darüber hinaus die Abbildung und Vergütung prästationär erbrachter
MRE-Leistungen in der Regelversorgung.
Mit Hilfe der Methodik eines Entscheidungsbaumes wurden prästationäre und stationäre
Szenarien zum Screening auf den Erreger Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus
(MRSA) und zur MRSA-Behandlung entwickelt. Anhand derer wurden die erwarteten
Kosten dieser MRSA-Managementstrategien nach dem Rollback-Verfahren im Rahmen
einer Entscheidungsbaumanalyse berechnet. Die Berechnungen ergaben, dass die erwarteten
Kosten für eine prästationäre MRSA-Managementstrategie bei 8,24 Euro und für
eine stationäre MRSA-Managementstrategie bei 672,51 Euro liegen. Die kostengünstigere
Strategie bei Patienten mit geplantem Krankenhausaufenthalt ist, berechnet nach
dem Rollback-Verfahren, die Durchführung eines prästationären MRSA-Screenings
sowie ein positiver Befund vorliegt, eine ambulante Dekolonisation.
Durch in vitro-Studien konnte gezeigt werden, dass Polihexanid im Vergleich zu anderen bekannten antimikrobiellen Wirkstoffen sowie in Anwesenheit anwendungsnah simulierter organischer Belastungen ein für die Wundantisepsis geeigneter Wirkstoff ist. Im Kontext mit den bekannten Daten zur Verträglichkeit zumindest im Bereich der medizinischen Anwendungskonzentrationen (0,02 % und 0,04 % Polihexanid) und zum Einfluss auf die Wundheilung stützen die hier erhobenen Daten die bestehende Konsensusempfehlung zur Wundantiseptik, nach der Polihexanid zwar auch zur akuten Wundantiseptik, insbesondere aber zur Behandlung chronischer Wunden als geeignet angesehen wird. Auf Basis der biochemischen und biopysikalischen Grundlagen der Wirksamkeit von Polihexanid wurde die Möglichkeit der weiteren Verminderung der Zytotoxizität des Polihexanids bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der bakteriziden Wirksamkeit durch die Bindung an Phosphatidylcholin-haltige o/w-Emulsionen gezeigt; im Testsystem bei gleichzeitiger Anwesenheit von Bakterien und eukaryotischen Zellen unter simulierten Wundbedingungen war bereits die Kombination 0,05 % PHMB / 0,4 % EPC vollständig bakterizid und dabei ohne zytotoxischen Effekt wirksam. Diese Darreichungsform fungiert weiterhin als PHMB-Depot, das auch nach wiederholter Passage durch eine Bakteriensuspension noch die gleiche wundantiseptische Wirksamkeit aufweist wie in der ersten Passage. Erste in vitro- und in vivo-Erfahrungen mit den hier beschriebenen PHMB-haltigen o/w-Emulsionen wurden bereits durch andere Arbeitsgruppen publiziert. Demnach führt diese neue Darreichungsform zu einer größeren Eindringtiefe des Wirkstoffs in die Haarfollikel, die in Bezug auf die Hautfläche das mit Abstand größte Reservoir für die mikrobielle Hautflora und nicht zuletzt auch für eine Repopulation oberflächlich desinfizierter Haut darstellen. Die in vivo–Daten deuten darauf hin, dass mit partikel-gebundenem PHMB eine bessere und nachhaltigere Antisepsis erreicht werden kann als mit freiem PHMB. Zusätzlich zum Beitrag an der Konsensusempfehlung des Polihexanids zur Behandlung chronischer Wunden wird damit als wesentliches Ergebnis der Dissertation die Erschließung von bisher für wässrige PHMB-Lösungen nicht möglicher medizinischer Einsatzorte wie in sensiblen Geweben oder Anwendung bei Neugeborenen, am Auge, in Gegenwart von Knorpel, am Peritoneum und in anderen Körperhöhlen (Blase, Harnröhre, vereiterte Gelenkhöhlen), zur Mukositis-Prophylaxe, bei der Krebschemotherapie, bei Verbrennungen 3. Grades, aber auch in der antimikrobiellen Behandlung von Zellkulturen vorstellbar. Bis zu einer solchen therapeutischen Nutzung sind jedoch noch weitere Studien notwendig. Als günstig dürfte sich erweisen, dass es sich sowohl beim Polihexanid, als auch bei dem hier verwendeten Lipofundin ® um bereits etablierte und gut verstandene Medizinprodukte handelt. Im Kontext der weltweit zunehmenden Antibiotikaresistenzen und Verbreitungswege nosokomialer Erreger bei entsprechend geringer werdenden chemotherapeutischen Interventionsmöglichkeiten durch Antibiotika gewinnt die Möglichkeit des Einsatzes von Antiseptika mit breitem Wirkungsspektrum und guter Verträglichkeit immer mehr an Bedeutung, und dabei auch umso mehr die Erweiterung bestehender Einsatz-Indikationen. Neben der auf den ersten Blick vordringlich erscheinenden Identifikation neuer Wirkstoffe kann nicht zuletzt auf Basis der hier vorgelegten Ergebnisse die auf das gewünschte Wirkumfeld zugeschnittene Modifikation der Darreichungsform bekannter antiseptischer Wirkstoffe als möglicher Weg zur verbesserten antimikrobiellen Therapie herausgestellt werden. Diesem Gedanken folgen beispielsweise bereits Versuche, die die besonderen Eigenschaften von Nanopartikeln oder Peptid-basierten Nanostrukturen für die Bekämpfung von Infektionen und Kolonisationen zu nutzen, wobei deren Einsatz wegen der zum Teil hohen ökologischen Fremdartigkeit für biologische Systeme kritisch evaluiert werden muss. Im Gegensatz dazu ähnelt die Wirkung des Polihexanids auf die zwangsläufig und physiologisch kaum modifizierbar negativ geladenen bakteriellen Zellwandstrukturen dem Wirkmechanismen natürlich vorkommender antibakterieller Peptide wie dem β-Defensin, die einen wesentlichen Bestandteil des evolutionär sehr alten, angeborenen Immunsystems der Vertebraten darstellen – mikrobielle Zellumhüllungen sind anfällig gegenüber polykationischen Verbindungen mit hydrophoben Domänen. Auch das stellt einen Vorteil des Polihexanids gegenüber anderen Antiseptika dar.
Staphylococcus aureus (S. aureus) ist einer der meist gefürchtetsten pathogenen Mikroorganismen, der verantwortlich ist für eine Vielzahl von nosokomialen Infektionen und Krankheiten. S. aureus ist in der Lage, sich an verändernde Umweltbedingungen auf Ebene der Genexpression anzupassen, was zu unterschiedlichen Proteinzusammensetzungen und somit zu Veränderungen in der Metabolitenkomposition und metabolischen Aktivität führt. Außerdem stellt die Fähigkeit, Resistenzen gegen gegenwärtig genutzte Antibiotika zu entwickeln, eine Gefahr dar und macht diesen Keim in seiner Behandlung so schwierig. Für ein vollständiges Verstehen der Proteom-, Transkriptom- und Metabolomdaten ist die Untersuchung der Enzymaktivitäten ein entscheidendes Hilfsmittel. In der vorliegenden Arbeit wurden die enzymkatalytischen Eigenschaften sowie die spezifischen Enzymaktivitäten der Enzyme des Intermediär- und Fermentationsstoffwechsels untersucht. Aus Zellen der logarithmischen, transienten und stationären Wachstumsphase unter aeroben wie auch anaeroben Bedingungen wurden für die Enzyme das pH-Optimum, die maximale Reaktionsgeschwindigkeit (vmax) und die Substratkonzentration der halbmaximalen Reaktionsgeschwindigkeit (Km) bestimmt. In S. aureus COL wird die Glucose unter aeroben Bedingungen hauptsächlich über die Glycolyse metabolisiert. Glucose-6-phosphat wird weiter zu Pyruvat umgesetzt, welches wiederum durch die Pyruvat-Oxidase zu Acetylphosphat oder durch den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex zu Acetyl-CoA verstoffwechselt wird. Durch die Phosphatacetyl-Transferase wird das Acetyl-CoA im Folgenden ebenfalls zu Acetylphosphat umgesetzt und nicht dem Citrat-Zyklus zugeführt. Die Acetat-Kinase nutzt das Acetylphosphat zur Generierung von ATP. Geringe extrazelluläre Lactat-Konzentrationen weisen auf eine geringere Bedeutung der Lactat-Dehydrogenase unter aeroben Wachstumsbedingungen hin. Gleichwohl wird ein kleiner Teil des Pyruvates zur Regeneration von NAD+ durch die Lactat-Dehydrogenase genutzt. In der transienten und stationären Wachstumsphase werden die Gene der Enzyme für Gluconeogenese und Citrat-Zyklus vermehrt exprimiert. Lactat und Acetat werden als Kohlenstoff- und Energiequelle wieder aufgenommen und dienen der Bildung unterschiedlicher Intermediate, wie beispielsweise der Bildung von NADPH über Glucose-6-phosphat im Pentose-Phosphat-Weg. Lediglich die Citrat-Synthase, Isocitrat-Dehydrogenase und Fumarat-Hydratase des Citrat-Zyklus konnten enzymologisch untersucht werden, was auf eine geringe metabolische Aktivität im Citrat-Zyklus hinweist. Möglicherweise dient der erste Teil des Citrat-Zyklus nur der Einführung von Aminosäuren als Kohlen- und Stickstoffquelle in den Metabolismus. Unter anaeroben Bedingungen wird die Glucose in der Glycolyse und der gemischten Säuregärung zu Lactat und Ethanol umgesetzt. Hohe spezifische Enzymaktivitäten der Lactat- und Alkohol-Dehydrogenase konnten nachgewiesen werden. Die Energie in Form von ATP wird auch in dieser Phase des Wachstums durch Substratkettenphosphorylierung generiert. Bacillus subtilis 168 (B. subtilis 168) ist ein grampositives apathogenes Bakterium, das durch die Zugabe von Pyruvat auch zum Wachstum unter sauerstofffreien Bedingungen befähigt ist. Es exprimiert Enzyme der 2,3-Butandiol- und Lactatfermentation. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die enzymkatalytischen Eigenschaften von Enzymen des Intermediär- und Fermentationsstoffwechsels untersucht. In der logarithmischen Wachstumsphase wird die Glucose über die Glycolyse verstoffwechselt. Wie bei S. aureus COL ist der Eintritt des Glucose-6-phosphates in den Pentose-Phosphat-Weg aufgrund einer höheren spezifischen Enzymaktivität der Glucose-6-phosphat-Isomerase limitiert. Die Energie in Form von ATP wird auch hier hauptsächlich über Substratkettenphosphorylierungsreaktionen generiert. Die Bedeutung der Lactat-Dehydrogenase-Aktivität unter aeroben Bedingungen ist noch nicht eindeutig geklärt, jedoch kann davon ausgegangen werden, dass auch hier ein Teil des Pyruvates zur Regeneration von NAD+ durch die Lactat-Dehydrogenase umgesetzt wird. Unter anaeroben Bedingungen wurden hohe Lactat-Dehydrogenasen-Aktivitäten gemessen. Außerdem wird die Glucose zur Regeneration von NAD+ zu D-2,3-Butandiol fermentiert. Zusammenfassend ist zu sagen, dass enzymologische Untersuchungen und die Erforschung der spezifischen Enzymaktivitäten unter bestimmten Bedingungen ein gutes Hilfsmittel für metabolische Studien ist und diese gut mit vorhandenen Proteom- und Metabolomdaten verglichen werden können. Enzymanalysen sind nicht einfach handhabbar, bieten aber die Möglichkeit, einen Blick in die Physiologie von Mikroorganismen zu werfen. Für ein allumfassendes Verständnis ist es wichtig, Enzymaktivitäten zu untersuchen.
Staphylococcus aureus is a pathogenic bacterium infecting the human host. It’s multifaced adaptation to various environmental conditions is mediated by a tight regulation of the virulence factors influencing the host’s immune system. In this thesis two regulators of gene expression were analysed: (i) the global influence of the two-component system SaePQRS and (ii) the regulation of superantigen gene expression by the alternative sigma factor σB. At the outset of this thesis, single target genes induced by SaeRS were known (hla, hlb, cap5, fnbA, coa). In order to get a general idea of the Sae-regulon, the influence of SaePQRS on gene-expression was analysed in two strain backgrounds by proteomics and transcriptomics aproaches. Recapitulatory, expression of at least 18 secreted and two covalently cell-wall bound proteins was decreased following inactivation of the Sae-system. Sae-dependently expressed were, amongst others, well decribed virulence factors like the y-hemolysins HlgA, HlgB, HlgC, LukM and LukF, the innate immune system modulating proteins Efb, CHIPS and SCIN-B as well as the enterotoxin SEB. SaeR acts as an activator of its target genes. Some proteins were detected in increased amounts in the extracellular proteome of the Sae-deficient strain. However, these changes did not occur at the transcriptional level. The expression of virulence factors is determined by other global regulators. No influence of SaePQRS on the transcription of five substancial regulators, namely the Agr-system and its effector molecule RNAIII, the alternative sigma factor σB, the two-component system ArlRS and the DNA-binding protein SarA, could be shown. In the second part of this thesis the issue was broached to the regulation of gene-expression of a subgroup of virulence factors, the superantigens (SAgs) of S. aureus by SaePQRS and σB. In contrast to their well described molecule structure and function, the regulation of their gene expression was largely unknown. Six different S. aureus strains (two laboratory strains and four clinical isolates) encoding one to seven SAg-genes each, were used for analysis of a total of twelve SAgs regarding their transcription and mitogenic activity. The transcriptional units were characterized using Northern-Blotting. The expression of SAgs could be correlated to the respective growth phase. While egc-SAgs were expressed mainly at low optical densities, seb was induced during late growth phase. In contrast, the transcription of sea, seh, sek, tst and sep remained constant and growth-phase independent. The transcriptional dataset was verified using T-cell proliferation assays. The expression of seh, tst and the egc-operon was dependent on σB. A potential σB-dependent promotor could be identified preceeding seo, the first gene of the egc-operon. In contrast, the expression of seb was increased in sigB-deficient background. This might be due to indirect effects. Expression of seb required SaePQRS. Transcriptional datasets were verified by Immuno-Blotting and T-cell-proliferation assays. In conclusion, the same mutation in sigB but in different strain backgrounds could result in opposite phenotypes with respect to their mitogenic activity. Besides well characterized virulence factors, some secreted proteins with so far unknown function belong to the Sae-regulon. Given that the influence of SaePQRS was restricted to virulence factors and induced especially modulators of the innate immune system, it can be assumed, that these proteins potentially play a role in virulence of S. aureus. In the third part of this thesis, one of these potential new virulence factors, namely SACOL0908, was analysed in detail. In cooperation with the group of Prof. Stehle, Tübingen, the crystal structure was solved. The protein folding of SACOL0908 is new with only minor similarities to described protein structures. Recombinantly expressed SACOL0908 binds to granulocytes. These cells belong to the innate immune system, incorporate bacteria by phagocytosis and kill them. The receptor for SACOL0908 on the surface of granulocytes could not be identified using immunoprecipitation, antibody-blocking assays and functional assays in cooperation with the group of Prof. Peschel, Tübingen. The gene encoding SACOL0908 was deleted in two S. aureus strain backgrounds (COL and Newman). These mutants are currently in use to characterize their phenotype in mouse-infection studies.