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Vergleichende Untersuchung von hoch- und niedrigvirulenten Staphylococcus aureus-Isolaten bei frakturassoziierten Infektionen im Mausmodell
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Veröffentlicht: | 25. Oktober 2022 |
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Fragestellung: Staphylococcus aureus (S. aureus) ist der häufigste Erreger frakturassoziierter Infektionen (FRI). Bakterieneigene Virulenzfaktoren können erheblich variieren, während ihr Einfluss auf die Pathophysiologie und den Verlauf der FRI noch wenig untersucht ist. Die Ergebnisse vorangegangener Virulenztestungen sowie Genomanalysen von isolierten S. aureus-Stämmen korrelierten mit dem akuten Verlauf der FRI, ausgelöst durch den hochvirulenten Erreger, während der niedrigvirulente Stamm in seinem menschlichen Wirt eine mild verlaufende chronische FRI verursachte. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die identifizierten hoch- und niedrigvirulenten S. aureus-Isolate hinsichtlich pathophysiologischer Unterschiede in einem Mausmodell zu vergleichen.
Methodik: Insgesamt 24 weibliche C57Bl/6N-Inzuchtmäuse wurden einer Femurosteotomie unterzogen, welche mittels Titanplatte stabilisiert wurde. Erzeugt wurde die FRI durch die Beimpfung des Frakturspalts mit entweder dem hochvirulenten S. aureus EDCC 5458 oder dem niedrigvirulenten S. aureus EDCC 5464. Zur Durchführung der bakteriologischen, histopathologischen sowie immunologischen Untersuchungen wurden die Tiere 4 bzw. 14 Tage post operationem euthanasiert.
Abbildung 1 [Abb. 1]
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die bakteriologischen Ergebnisse 4 Tage nach Operation zeigten höhere Bakterienzahlen in den Weichteilproben der hochvirulent-infizierten Tiere (p =0,026). Hochvirulent-infizierte Mäuse wiesen zudem eine höhere Rate an systemischen Organinfektionen auf (24/36 Organe bei hochvirulent- versus 5/36 Organen bei niedrigvirulent-infizierten Tieren, p ?0,0001). Begleitet wurde dies von einer gesteigerten proinflammatorischen Immunreaktion in dieser Kohorte. In den histopathologischen Analysen zeigte sich in der hochvirulent-infizierten Kohorte eine ausgeprägte bakterielle Besiedelung des frakturnahen Knochens, während dies in den niedrigvirulent-infizierten Mäusen kaum nachweisbar war. Nach 14 Tagen zeigte sich bei den niedrigvirulent-infizierten Tieren eine beginnende Frakturheilung, während dies bei nur einem Tier aus der mit hochvirulent-infizierten Kohorte beobachtet wurde. Hingegen waren osteolytische und osteonekrotische Läsionen bei den mit hochvirulent- infizierten Tieren stärker ausgeprägt.
Die vorliegende Studie zeigt deutliche bakteriologische und histopathologische Unterschiede zwischen zwei verschiedenen virulenten S. aureus-Stämmen auf, die gut mit den unterschiedlichen klinischen Verläufen bei den jeweiligen Patienten zu vereinbaren sind. Während die Wirtsphysiologie häufig als wichtige Einflussgröße auf den Verlauf der FRI angesehen wird, unterstreichen die vorliegenden Ergebnisse den bedeutenden Einfluss des ursächlichen Erregers und seiner Virulenzmerkmale.