Wirts- und umweltbezogene Adaptionseigenschaften bei sensiblen und multiresistenten Pseudomonas aeruginosa-Isolaten

Einleitung
Pseudomonas (P.) aeruginosa ist einer der bedeutendsten Erreger nosokomialer Infektionen und besiedelt eine Vielzahl an Lebensräumen und Wirtsspezies. Diese Verbreitung ist ohne eine weitgehende phänotypische Adaption nicht denkbar.
Isolate
Es wurden 318 P. aeruginosa-Isolate untersucht. Darunter 211 multiresistente 4MRGN-Isolate, 38 sensible Human-Isolatesens, 22 Tier-Isolate aus Hundeohren, 45 Wasser- sowie die Referenzisolate PAO1 und PA14.
Methoden
Die Biofilmbildung wurden jeweils ohne Antibiotika-Zusatz (spontan) sowie mit 1 mg/L, 4 mg/L und 125 mg/L Meropenem (MPM) in einem Biofilm-Assay bestimmt und zusätzlich eine konzentrations-spezifische Stressantwort berechnet. Die in-vitro-Fitness wurde im kompetitiven Wachstumsvergleich getestet und das Verhältnis beider Isolate anhand des Vergleichs von einem Koloniewachstum auf einer Blutagar- und einer Imipenem-haltigen Agarplatte bestimmt. Die Serum-Sensibilität wurde in einem Killing-Versuch mit 5 % humanem Serum bei 30 min Inkubation bestimmt. Die PMN-Sensibilität erfolgte ebenfalls über einen Killing-Versuch bei Exposition des Testisolaten gegenüber einer PMN-Konzentration von 10.000 Zellen/mL für 30 min. Weiterhin wurden die genetisch determinierten Virulenzfaktoren toxA, exoS, exoT, exoU, exoY, cif, nan1, lasA und lasB mittels Polymerase Kettenreaktion bestimmt.
Resultate
Die 4MRGN-Isolate, die Tier-Isolate und die Wasser-Isolate zeigten alle eine signifikant höhere spontane Biofilmbildung als die Human-Isolatesens. Bei der Stressantwort fanden sich in jeder Gruppe für alle MPM-Konzentrationen Isolate, welche eine Induktion bzw. eine Hemmung der Biofilmbildung zeigten. Eine Hemmung überwog fast immer, wobei diese bei den 4MRGN-Isolaten wesentlich geringer ausfiel. Es wurde eine signifikant höhere in-vitro-Fitness der 4MRGN-Isolate gegenüber allen anderen Gruppen beobachtet. Bei der Serum-Sensibilität zeigten die 4MRGN- und Tier-Isolate signifikant höhere Werte als die Wasser- und Human-Isolatesens. Die Serum-empfindlichen Isolate zeigten eine signifikant höhere spontane Biofilm¬bildung. Bei der PMN-Sensibilität konnte lediglich bei den Human-Isolatensens signifikant niedrigere Werte zu anderen Gruppen festgestellt werden. Die genetisch determinierten Virulenzfaktoren cif, toxA und exoT waren bei fast allen Isolaten vorhanden und lasA und exoY bei den meisten. Die Gene exoS und exoU waren exklusiv, wobei ein höherer exoU-Anteil bei 4MRGN und Wasser-Isolaten beobachtet wurde. Das Gen nan1 war öfter bei den Wasser- und Human-Isolatensens vorhanden. Das Gen lasB war bei den klinischen Human-Isolaten der 4MRGN-Gruppe und Human-Isolatensens seltener vorhanden, als bei den Tier- und Wasser-Isolaten.
Diskussion
Die beobachteten Biofilmbildungseigenschaften weisen darauf hin, dass mit einem höheren Adaptionsgrad die Biofilmbildung steigt. Die extrem hohe Biofilmbildung der 2 endemischen Stämmen unter den 4MRGN-Isolaten unterstreicht die Verbindung von Biofilmbildung und Persistenz. Die vielfältigen Ausprägungen der Stressantwort zeigen, dass diese induzierbare Biofilmbildung vermutlich in vivo eine wesentlich größere Bedeutung besitzt, als in der Literatur abgebildet. Die wesentlich höhere in-vitro-Fitness der 4MRGN-Isolate ist bemerkenswert. Diese ist vermutlich eine intrinsische Eigenschaft der Isolate, welche ein 4MRGN-Profil trotz Konkurrenzdruck entwickeln. Die Gruppen mit einer hohe Serum-Sensibilität scheinen diesen Nachteil durch eine hohe Biofilmbildung auszugleichen. Die Unterschiede bei den phänotypischen Eigenschaften sowie bei nan1 und lasB deuten auf eine Alteration der Virulenzeigenschaften und des Infektionsweges bei den 4MRGN-Isolaten hin. Dabei scheint es im Gegensatz zu den klinischen Human-Isolatensens zu einer Verschiebung des Infektionsweges hin zu einer passiven Verschleppung von Biofilmen zu kommen. Die Ähnlichkeit der Tier-Isolate zu den 4MRGN-Isolaten ist möglicherweise Folge einer fortgeschrittenen Adaption an den Säuge¬tierwirt, hierdurch kann ein zoonotisches Potential durch eine Amplifikation im Hundeohr nicht ausgeschlossen werden.