Bakterielle Beziehungen bei katheterassoziierten Harnwegsinfektionen

Harnwegsinfektionen (HWIs) sind mega verbreitet und betreffen viele Leute weltweit. Diese Infektionen können überall im Harnsystem auftreten, also in der Blase und den Nieren. Es gibt zwei Hauptarten von HWIs: unkompliziert und kompliziert. Der Unterschied hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Gesundheitszuständen und wie schwer die Infektion ist.

In Krankenhäusern werden häufig Harnkatheter eingesetzt, um Patienten zu helfen, die nicht selbst urinieren können. Aber die Nutzung eines Katheters kann zu Infektionen führen. Studien zeigen, dass 15-25% der Patienten in allgemeinen Krankenhäusern irgendwann mal einen Katheter brauchen. Ältere Menschen und solche in Langzeitpflege oder kritischen Zustand haben sogar noch ein höheres Risiko.

Wenn ein Katheter gelegt wird, kann das Bakterien leichter wachsen lassen. Das liegt an mehreren Gründen, unter anderem daran, wie der Katheter mit dem Harnsystem interagiert. Mit jedem Tag, an dem der Katheter im Einsatz ist, steigt die Wahrscheinlichkeit, eine Infektion zu bekommen. Normalerweise haben Patienten mit einem Katheter, der länger als 28 Tage liegt, mindestens eine symptomatische Infektion, die als katheterassoziierte Harnwegsinfektion (CAUTI) bekannt ist. CAUTI ist eine komplizierte Art von HWI und kann zu ernsten Problemen führen, wie Behandlungsausfällen und längeren Krankenhausaufenthalten.

#Ursachen und Auswirkungen von CAUTI

Die Keime, die CAUTI verursachen, sind oft anders als die, die unkomplizierte HWIs auslösen. Bei unkomplizierten Fällen ist normalerweise das Bakterium Escherichia coli, oder E. coli, der Hauptschuldige. Bei katheterassoziierten Infektionen können aber auch verschiedene andere Bakterien beteiligt sein, darunter Proteus mirabilis, Enterococcus faecalis und andere. Diese Infektionen sind oft komplizierter, weil sie häufig mehrere Bakterienarten umfassen, die zusammenarbeiten.

Forschung deutet darauf hin, dass es schwieriger sein kann, eine Behandlung durchzuführen, wenn verschiedene Bakterien zusammen existieren, wie bei CAUTIs. Viele Studien haben sich intensiv mit E. coli beschäftigt, aber es gibt weniger Informationen darüber, wie multiple Bakterien interagieren und welche Rolle andere Keime bei diesen Infektionen spielen. Da Antibiotikaresistenzen zunehmen, ist es wichtig, mehr darüber zu lernen, wie diese Bakterien zusammenarbeiten, da das helfen könnte, die Behandlung zu verbessern.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass P. mirabilis und E. Faecalis oft gemeinsam bei Patienten mit Kathetern auftreten. Diese beiden Bakterien können sich gegenseitig helfen, länger im Harntrakt zu bleiben, was die Behandlung der Infektion erschwert. P. mirabilis nutzt verschiedene Werkzeuge, um sich an Oberflächen festzuhalten und Infektionen zu verursachen, während E. faecalis für seine hohe Resistenz gegen Behandlungen bekannt ist.

#Bakterielle Interaktionen und Biofilme

Forscher haben herausgefunden, dass wenn P. mirabilis und E. faecalis beide im Harntrakt vorhanden sind, sie etwas bilden können, das Biofilme genannt wird. Biofilme sind Ansammlungen von Bakterien, die zusammenkleben und an Oberflächen haften, was es schwieriger macht, dass Medikamente effektiv wirken. Frühere Studien haben gezeigt, dass wenn diese beiden Bakterien zusammen sind, der gebildete Biofilm grösser, resistenter gegen Antibiotika ist und es schwieriger macht, die Infektion loszuwerden.

In früheren Experimenten bemerkten Wissenschaftler, dass diese beiden Bakterien während CAUTI zusammen in Kathetern und der Blase lokalisiert sind. Dieses lokale Verhalten führt zur Bildung starker Biofilme, die schwer zu behandeln sind. Es ist aber noch unklar, wie sie die Biofilmbildung des anderen verstärken und ob das zu schwereren Krankheiten führt.

In neuen Forschungen konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die verschiedenen Wege, wie diese Bakterien kommunizieren und sich gegenseitig im Wachstum unterstützen. Sie fanden heraus, dass wenn E. faecalis eine Substanz namens L-ornithin freisetzt, das P. mirabilis helfen kann, L-Arginin zu produzieren, was zu stärkeren Biofilmen beiträgt. Diese Verbindung ist wichtig, weil sie neue Wege aufzeigen könnte, diese Infektionen anzugehen.

#Studie zur Bildung von bakteriellen Biofilmen

Wissenschaftler untersuchten, wie Biofilme, die von P. mirabilis und E. faecalis gebildet wurden, sich unter verschiedenen Bedingungen verhielten. Sie bemerkten, dass E. faecalis etwas grössere Biofilme als P. mirabilis erzeugte, wenn sie allein gezüchtet wurden. Aber als sie zusammen wuchsen, stieg die Grösse und Stärke des Biofilms erheblich an. Das Team verwendete eine Technik namens Kristallviolett-Färbung, um die Biofilmgrösse zu messen und fand heraus, dass die Gesamtzahl der Bakterien sich nicht viel änderte, aber der Proteingehalt in den Biofilmen zunahm.

Zusätzliche Tests zeigten, dass Protein die Hauptkomponente dieser Biofilme war. Polymikrobielle Biofilme enthielten mehr Protein im Vergleich zu einartikulären Biofilmen, aber es gab keine signifikanten Veränderungen bei Kohlenhydraten oder DNA. Das bedeutet, dass die Zunahme der Biofilmmasse hauptsächlich mit dem Proteingehalt zusammenhing.

Um die Bedeutung der Proteine zu bestätigen, fügten die Forscher eine Substanz hinzu, die Proteine abbaut, zu dem Biofilm. Sie fanden heraus, dass während einartikuläre Biofilme unbeeinflusst blieben, die Masse des gemischten Biofilms erheblich abnahm. Das zeigt, dass Proteine eine entscheidende Rolle beim Wachstum und der Stärke von polymikrobiellen Biofilmen spielen.

#Identifizierung der Schlüssellebensmittel

Die Wissenschaftler verwendeten eine Technik namens Massenspektrometrie, um die spezifischen Proteine zu identifizieren, die in den polymikrobiellen Biofilmen in grosser Zahl vorhanden waren. Sie fanden insgesamt 1.427 Proteine von P. mirabilis, 1.061 von E. faecalis und 1.845 in den Mischbiofilmen. Besonders bemerkenswert war, dass 78% dieser Proteine mit P. mirabilis in Verbindung standen, was darauf hindeutet, dass dieses Bakterium der Hauptverursacher des Proteingehalts in diesen Biofilmen war.

Die Forschung hob Proteine hervor, die mit wichtigen Prozessen wie dem Metabolismus von L-Ornithin und L-Arginin verbunden sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bakterien sich anpassen und sich gegenseitig bei der Biofilmbildung unterstützen können und Schlüsselspieler dafür sein könnten, wie sich diese Infektionen entwickeln.

#Bedeutung des Arginin- und Ornithin-Metabolismus

Bevor die Forscher tiefer in die Rolle spezifischer bakterieller Wege eingingen, untersuchten sie zunächst, wie das Wachstum von E. faecalis und P. mirabilis beeinträchtigt wurde, als bestimmte Gene, die mit L-Ornithin und L-Arginin in Verbindung stehen, gestört wurden. Sie entdeckten, dass das Wachstum von E. faecalis stabil blieb, während die Störung des argF-Gens bei P. mirabilis erheblichen Einfluss auf seine Fähigkeit hatte, unter bestimmten Bedingungen zu gedeihen.

Als sie in Urin, einem nährstoffreichen Medium, gezüchtet wurden, konnte der argF-Mutant von P. mirabilis nicht gut gegen seine Wildtyp-Version konkurrieren, besonders in Fällen, wo die L-Arginin-Werte niedrig waren. Das zeigt, wie sehr P. mirabilis auf den Metabolismus von L-Arginin angewiesen ist, um in nährstofflimitierten Umgebungen wie im menschlichen Körper zu wachsen und zu überleben.

Um die Rolle von L-Ornithin und L-Arginin weiter zu untersuchen, wurden Experimente sowohl mit normalen Bakterien als auch mit Mutanten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Partnerschaft zwischen den beiden Bakterienarten manchmal vorteilhaft sein kann, besonders in einer Harnumgebung, die oft nährstoffarm ist.

#Einfluss auf die Schwere der Erkrankung

Die Forschung konzentrierte sich darauf, wie die Interaktionen zwischen P. mirabilis und E. faecalis die allgemeine Schwere der Infektionen beeinflussten. In Tiermodellen wurden Mäuse mit unterschiedlichen Kombinationen dieser Bakterien infiziert, und die Forscher beobachteten, wie krank die Tiere wurden und wie viele Bakterien in ihren Organen vorhanden waren.

Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl E. faecalis als auch P. mirabilis schwerere Infektionen verursachen können, wenn sie zusammen sind, im Vergleich dazu, wenn sie allein sind. Wichtig war, dass die Forscher herausfanden, dass wenn bestimmte Wege (wie die, die mit L-Ornithin und L-Arginin zusammenhängen) in einem der Bakterien gestört wurden, die Schwere der Infektion abnahm.

Das legt nahe, dass das Zusammenspiel dieser beiden Bakterien nicht nur hilft, im Harntrakt zu überleben und sich zu entwickeln, sondern auch die Schwere der Krankheiten, die sie verursachen, erheblich beeinflusst. Wenn man dieses Verhältnis besser versteht, könnten neue Strategien entwickelt werden, um diese Infektionen zu verhindern oder zu behandeln.

#Fazit und zukünftige Richtungen

Zusammenfassend hat die Forschung bedeutende Interaktionen zwischen E. faecalis und P. mirabilis aufgedeckt, die ihre Fähigkeit, Biofilme zu bilden und die Schwere der Infektionen zu verschärfen, verbessern. Die Sekretion von L-Ornithin von E. faecalis spielt eine entscheidende Rolle im Wachstum von P. mirabilis, was zu einer erhöhten Biofilmbildung und einem höheren Infektionsrisiko führt.

Da Antibiotikaresistenzen immer häufiger werden, kann das Verständnis der Beziehungen zwischen verschiedenen Bakterien im Harntrakt helfen, effektive Behandlungen zu entwickeln. Zielgerichtete Ansätze auf die für diese Interaktionen wichtigen Wege könnten eine neue Strategie im Kampf gegen schwere Harnwegsinfektionen sein.

Für die Zukunft sind weitere Studien nötig, um zu untersuchen, wie andere Bakterienarten, die in Harnwegsinfektionen vorkommen, diese Interaktionen beeinflussen können. Indem wir diese Forschung erweitern, können wir besser verstehen, wie man diese komplexen, polymikrobiellen Infektionen angehen und die Behandlungsergebnisse für Patienten verbessern kann.