De patiënt arriveerde bij het ziekenhuis met wat leek op een alledaagse bacteriële infectie. Maar toen werd het veel serieuzer: de patiënt ontwikkelde een 'vleesetende' infectie die uiteindelijk de amputatie van beide armen en beide benen vereiste.
Wat veroorzaakte dat de infectie uit de hand liep? Het bleek geen infectie te zijn met een enkel type bacterie, maar eerder een mashup van vier verschillende stammen van dezelfde soort.
Nu weten wetenschappers precies hoe deze bacteriestammen samenwerken om weefsels in het lichaam te decimeren, zoals gerapporteerd in een nieuwe studie. En de bevindingen kunnen gevolgen hebben voor de behandeling van deze zogenaamde "polymicrobiële" infecties.
In het recente geval ontdekten Dr. Ashok Chopra, een professor microbiologie en immunologie aan de Universiteit van Texas Medical Branch en zijn collega's vier verschillende stammen van dezelfde bacteriesoort, bekend als Aeromonas hydrophila, bij de geïnfecteerde patiënt. Samen lanceerden de microben een dodelijker aanval dan welke individuele soort dan ook alleen had kunnen orkestreren.
De studie, gepubliceerd op 11 november in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences, suggereert dat drie van de bacteriestammen de vierde toestaan de bloedbaan binnen te komen en weefsels door het hele lichaam te vernietigen. A. hydrophila is een zeldzame oorzaak van vleesetende infecties, maar Chopra speculeerde dat andere vleesetende bacteriën, zoals E coli, kan ook een vergelijkbare aanvalsstrategie gebruiken. Er zou echter meer onderzoek nodig zijn om dit aan te tonen, zei hij.
"Ze kunnen verschillende gifstoffen hebben ... maar ze kunnen een soortgelijk" overspraak "hebben tussen verschillende soorten," zei Chopra. 'Uiteindelijk zie ik dat dit veel bredere implicaties heeft in klinische omgevingen.'
Meerdere microben
Toen de geïnfecteerde patiënt in het ziekenhuis werd opgenomen, gebruikten artsen traditionele diagnostiek om te bepalen welke ziekteverwekker de schuldige was. Ze identificeerden zich A. hydrophila, een microbe die veel voorkomt in zoet- en brakke omgevingen, van meren tot rivieren tot drinkwater, volgens de klinische referentiesite UpToDate. Bij inname kan de kiem diarree veroorzaken of zachte weefsels in het lichaam infecteren. Maar wanneer A. hydrophila in een open wond terechtkomt, kan een gruwelijke ziekte genaamd "necrotiserende fasciitis" optreden.
De zeldzame infectie komt snel in en doodt bindweefsels door het hele lichaam, waardoor de getroffen persoon kwetsbaar is voor orgaanfalen en overlijden, volgens de National Organization for Rare Disorders. De vleesetende infectie moet snel worden behandeld met antibiotica of een operatie, zoals het geval was bij de patiënt in de nieuwe studie. Uiteindelijk zou slechts een viervoudige amputatie de patiënt kunnen redden van de op hol geslagen microben.
De eerste diagnose van de patiënt onthulde niet waarom de infectie zo'n plotselinge en dodelijke wending nam. Traditionele diagnostische tests identificeren verschillende bacteriesoorten op basis van de eiwitten en toxines die de bacteriën produceren, legde Chopra uit, dus de nuance van de zaak werd aanvankelijk gemist. 'Maar als je op DNA-niveau bent ... is het een heel ander verhaal', zei hij.
In twee eerdere studies isoleerden Chopra en zijn co-auteurs bacteriële monsters van de patiënt en analyseerden al het genetische materiaal in de microben. De analyse onthulde de vier verschillende bacteriestammen, aangeduid als NF1 tot en met 4, die samen de bijna fatale infectie veroorzaakten. Maar opmerkelijk genoeg veroorzaakte geen van de vier stammen, bij afzonderlijk gebruik, een dodelijke infectie in muismodellen. Om te leren hoe de microben samenwerken om een ernstige infectie te veroorzaken, hebben de auteurs het DNA van de bacteriestammen aangepast en muismodellen geïnfecteerd met meerdere stammen tegelijk. Door het DNA van de ziektekiemen te veranderen, konden de wetenschappers het weefselvernietigende arsenaal van elk verwisselen en bepalen welke wapens de gemengde infectie zo dodelijk maakten.
Het blijkt dat elke bacteriestam "verschillende arsenalen heeft om de gastheer te beïnvloeden", zei Chopra.
Drie van de vier stammen, NF2 tot en met NF4, bevatten genetische instructies om een toxine te produceren, exotoxine A of ExoA genaamd, dat voorkomt dat geïnfecteerde cellen nieuwe eiwitten bouwen. Op zichzelf breken deze drie stammen nog steeds spierweefsel af en krijgen toegang tot de bloedbaan, maar het immuunsysteem verwijdert de ziekteverwekker snel uit het lichaam.
De laatste van de vier stammen, NF1, lijkt daarentegen minder kwetsbaar voor immuunaanvallen, maar kan zijn eigen ExoA niet verzinnen. Als hij alleen werkt, blijft de microbe grotendeels geïsoleerd in de buurt van de plaats van infectie, geblokkeerd door muren van spierweefsel. Dit is waar bacterieel teamwerk in het spel komt. Bij meerdere stammen A. hydrophila het lichaam infecteren, breken de ExoA-producerende stammen de gespierde hindernissen af, waardoor NF1 een "vleesetende" rampage kan ondergaan.
Interessant is dat de drie andere stammen dicht bij de plaats van infectie blijven, terwijl NF1 de leiding neemt en door de bloedbaan stroomt. De auteurs ontdekten dat NF1 eigenlijk een uniek toxine produceert dat niet alleen weefsels in het lichaam doodt, maar ook de andere stammen van A. hydrophila; de NF1-stam zelf bevat het tegengif voor zijn eigen zelfgemaakte gif.
Betere diagnostiek?
De nieuwe bevindingen kunnen implicaties hebben bij het zoeken naar nieuwe microbiële diagnostische hulpmiddelen, zei Chopra. Wanneer artsen aan gemengde infecties denken, denken ze meestal aan infecties veroorzaakt door twee of meer volledig verschillende bacteriesoorten, zei hij. Maar de huidige casus laat zien dat verschillende stammen van dezelfde soort ook kunnen samenwerken om ziekten te veroorzaken en dat elke stam kwetsbaar kan zijn voor verschillende antibiotische behandelingen.
'Wanneer we een bepaald antibioticum behandelen, verwijderen we een organisme uit het lichaam', zei co-auteur Rita Colwell, een microbioloog aan de Universiteit van Maryland, in een verklaring. "Maar als er nog een ander organisme is dat aan de infectie deelneemt en dat ook pathogeen is, dan kan elke antibioticakuur die niet ook op dat organisme is gericht, de weg vrijmaken om als een gek te groeien."
Hoewel genetische instrumenten tegenwoordig zelden worden gebruikt om infecties te diagnosticeren, zouden ze ooit nuttig kunnen zijn voor het karakteriseren van complexe bacteriële infecties veroorzaakt door meer dan één bacteriestam, zei Chopra.
Maar niet iedereen is het eens met deze voorspelling.
"Denk ik dat de klinische behandeling van necrotiserende fasciitis zal veranderen?"
Omdat necrotiserende fasciitis zo snel werkt, kan het tegen de tijd dat artsen elke stam die de infectie veroorzaakt, vaststellen 'te laat om een verschil te maken', zei Adalja. Het identificeren van verschillende stammen kan de behandeling van mildere helpen A. hydrophila infecties, waarbij een bepaalde combinatie van bacteriën de uitkomst zou kunnen verergeren, zei hij. Maar zoals het er nu uitziet, konden die stammen alleen worden opgemerkt met "geavanceerde genetische instrumenten" die normaal niet worden aangetroffen in klinische omgevingen.
Toch verduidelijkt het onderzoek de manieren waarop meerdere bacteriestammen samen kunnen komen om zich in het lichaam te verspreiden, wat grote schade aanricht, zei Adalja. Het zou interessant zijn om te onderzoeken of meer voorkomende bacteriën dezelfde strategieën gebruiken om infectie in het lichaam te verspreiden, voegde hij eraan toe.
