Studie untersucht, wie Lungenentzündung Stämme konkurrieren

Eine genetische Populationsanalyse von Lungenentzündungsbakterien hat laut einer kürzlich in Infection and Immunity veröffentlichten Studie der Northwestern Medicine einen Einblick gegeben, wie sich der Wettbewerb zwischen Stämmen auf die Infektiosität auswirkt.

Klebsiella pneumoniae ist die dritthäufigste gemeldete Infektion in einem Krankenhaus, daher kann das Verständnis, warum sich bestimmte Stämme vermehren, Klinikern helfen, die Ausbreitung dieser Bakterien einzudämmen, so Alan Hauser, MD, PhD, Vice Chair of Microbiology-Immunology, Professor für Medizin in der Abteilung für Infektionskrankheiten und leitender Autor der Studie.,

Mallory Agard, Student im sechsten Jahr im Driskill Graduate Program in the Life Sciences (DGP), war der Hauptautor der Studie.

Der Erfolg eines Bakteriums hängt häufig von seiner Fähigkeit ab, in seiner Umgebung zu konkurrieren. Die Lunge zum Beispiel ist ein kompliziertes Ökosystem, und der Körper kämpft darum, das natürliche Mikrobiom angesichts von Bakterien und Viren, die über Speichel und Inhalation eindringen, aufrechtzuerhalten.

Es ist jedoch nicht nur ein Kampf zwischen „gut“ und „Böse“; Der Wettbewerb zwischen den Stämmen unter pathogenen Bakterien ist hart. Es gibt über 150 verschiedene Stämme von K., pneumoniae, von denen viele laut Studie im selben Krankenhaus oder sogar bei demselben Patienten gefunden werden können.

Um zu verfolgen, welche Stämme dominieren, entwickelten nordwestliche Wissenschaftler „StrainSeq“, eine Methode zur Messung der Stammprävalenz durch Identifizierung der einzigartigen genomischen Sequenzen von Stämmen. In der aktuellen Studie infizierten Agard, Hauser und Kollegen Mäuse gleichzeitig mit mehreren Stämmen von Lungenentzündungsbakterien und maßen die Stammhäufigkeit nach dem Ausbruch der Krankheit.

Sie fanden heraus, dass ein Stamm von K. pneumoniae, genannt KPPR1, wiederholt die anderen Stämme von K., pneumoniae in den Modellen. Laut der Studie wurden 20 Stunden nach der Infektion im Vergleich zu anderen Stämmen dramatisch mehr KPPR1-Bakterien in der Lunge gefunden.

Interessanterweise fand KPPR1 nicht den gleichen Erfolg, wenn die Stämme in einer Laborumgebung und nicht in lebenden Tieren gemischt wurden.

Viele Bakterien haben indirekte Mechanismen, um konkurrierende Stämme zu untergraben und die Umwelt zu verändern, um sie für das Wachstum von Wettbewerbern ungünstig zu machen. Andere Bakterien tun dies direkter und greifen konkurrierende Stämme einfach an.,

Da KPPR1 außerhalb der Lungenumgebung ins Stocken geriet, stellten die Wissenschaftler die Hypothese auf, dass KPPR1 durch einen indirekten Mechanismus wirken könnte, der nur in der Lunge wirksam ist, wie z. B. die Sequestrierung einer wichtigen Ressource oder die Induktion einer Immunantwort, die für andere Stämme tödlicher ist.

„Wir dachten zunächst, dass sich Stämme in der Lunge in gleichem Maße vermehren würden, unabhängig davon, ob sie zusammen als Pool in eine Maus oder einzeln in separate Mäuse geimpft wurden“, sagte Hauser., „Wir waren überrascht, dass ein einzelner Stamm die anderen Stämme im Pool schnell und robust übertrifft, obwohl derselbe Stamm nicht unbedingt höhere Zahlen in der Lunge erreichte, wenn er allein geimpft wurde.“

Ähnliche Befunde wurden bei einem zweiten wichtigen Lungenentzündungsbakterium, Acinetobacter baumannii, beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass bei vielen verschiedenen Bakterienarten ein Wettbewerb zwischen den Stämmen auftreten kann, sagten die Autoren.,

Eine weitere Untersuchung dieser Bakterienpopulationsdynamik könnte Licht auf die Mechanismen werfen, die die Hierarchie antreiben, und in Zukunft könnten Wissenschaftler Wege finden, um zu verhindern, dass diese Bakterien Infektionen verursachen, so Hauser.

„Mehrere Stämme von K. pneumoniae werden in Krankenhäusern auf der ganzen Welt häufig als häufige Ursachen für Lungenentzündung identifiziert“, sagte Hauser. „Verständnis der Faktoren, die es diesen Stämmen ermöglichen, im Vergleich zu anderen K so erfolgreich zu sein., pneumoniae-Stämme können die Entwicklung neuer Therapien ermöglichen, die ihre Fähigkeit verhindern, wiederholt Lungenentzündung zu verursachen.“

Egon Ozer, MD, PhD, ‚ 08 ‚ 12 GME, Assistenzprofessor für Medizin in der Abteilung für Infektionskrankheiten, und Raul Piseaux, MD, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Lungen-und Intensivmedizin, waren Co-Autoren der Studie.

Diese Arbeit wurde unterstützt durch das National Institutes of Health grants K24 AI104831, R01 AI053674, R01 AI118257, U19 AI135964 und T32 AI747620.