Пациент прибыл в больницу с обычной бактериальной инфекцией. Но затем все стало намного серьезнее: у пациента развилась инфекция, «питающаяся плотью», которая в конечном итоге потребовала ампутации обеих рук и обеих ног.
Что заставило инфекцию выйти из-под контроля? Оказалось, что это была не инфекция с одним типом бактерий, а скорее смесь из четырех разных штаммов одного и того же вида.
Теперь ученые точно знают, как эти бактериальные штаммы работают вместе, чтобы уничтожить ткани в организме, как сообщается в новом исследовании. И результаты могут иметь значение для лечения этих так называемых «полимикробных» инфекций.
В недавнем случае доктор Ашок Чопра, профессор микробиологии и иммунологии в Медицинском отделении Техасского университета и его коллеги обнаружили четыре различных штамма одного и того же вида бактерий, известных как Aeromonas hydrophilaу зараженного пациента. Вместе микробы начали атаку более смертоносную, чем любой отдельный штамм мог организовать в одиночку.
Исследование, опубликованное 11 ноября в журнале Proceedings Национальной академии наук, предполагает, что три из бактериальных штаммов позволяют четвертому проникнуть в кровоток и опустошить ткани во всем теле. A. hydrophila является редкой причиной инфекций, питающихся плотью, но Чопра предположил, что другие бактерии, питающиеся плотью, такие как Кишечная палочкатакже может использовать аналогичную стратегию атаки. Однако, чтобы показать это, потребуется больше исследований, сказал он.
«У них могут быть разные токсины… но они могут иметь сходные« перекрестные помехи »среди разных штаммов», - сказал Чопра. «В конце дня я вижу, что это имеет гораздо более широкие последствия в клинических условиях».
Несколько микробов
Когда зараженный пациент был помещен в больницу, врачи использовали традиционную диагностику, чтобы определить, какой возбудитель был виноват. Они определили A. hydrophila, микроб, обычно встречающийся в пресной и солоноватой среде, от озер до рек и питьевой воды, согласно клиническому справочному сайту UpToDate. При попадании в организм микроб может вызвать диарею или инфицировать мягкие ткани в организме. Но когда A. hydrophila При попадании в открытую рану может развиться ужасное заболевание, называемое «некротический фасциит».
По данным Национальной организации по редким заболеваниям, редкая инфекция быстро проникает и убивает соединительные ткани по всему телу, оставляя пострадавшего человека уязвимым для недостаточности органов и смерти. Инфекция, потребляющая мясо, должна быстро лечиться с помощью антибиотиков или хирургического вмешательства, как это было в случае с пациентом в новом исследовании. В конце концов, только четырехкратная ампутация может спасти пациента от неистовых микробов.
Первоначальный диагноз пациента не показал, почему инфекция приняла такой внезапный и смертельный оборот. Традиционные диагностические тесты идентифицируют различные виды бактерий на основе белков и токсинов, которые вырабатывают бактерии, пояснил Чопра, поэтому нюанс этого случая был изначально упущен. «Но если вы на уровне ДНК… это совсем другая история», - сказал он.
В двух предыдущих исследованиях Чопра и его соавторы изолировали бактериальные образцы от пациента и анализировали весь генетический материал, содержащийся в микробах. Анализ выявил четыре различных бактериальных штамма, называемых NF1-4, которые вместе вызывали почти фатальную инфекцию. Но что примечательно, при работе в изоляции ни один из четырех штаммов не вызывал летальную инфекцию на мышиной модели. Чтобы узнать, как микробы взаимодействуют, вызывая серьезную инфекцию, авторы подправили ДНК штаммов бактерий и модели зараженных мышей несколькими штаммами одновременно. Изменяя ДНК микробов, ученые могли обменивать уничтожающий ткани арсенал каждого и определять, какое оружие сделало смешанную инфекцию столь смертельной.
Оказывается, что у каждого бактериального штамма есть «разные арсеналы для воздействия на хозяина», сказал Чопра.
Три из четырех штаммов, от NF2 до NF4, содержат генетические инструкции по выработке токсина, называемого экзотоксином А, или ExoA, который препятствует созданию новых белков инфицированными клетками. Сами по себе эти три штамма все еще разрушают мышечную ткань и получают доступ к кровотоку, но иммунная система быстро выводит патоген из организма.
Напротив, последний из четырех штаммов, NF1, кажется менее уязвимым для иммунной атаки, но не может создать свой собственный ExoA. При работе в одиночку микроб остается в значительной степени изолированным вблизи места заражения, заблокированный стенками мышечной ткани. Это где бактериальная командная работа вступает в игру. Когда несколько штаммов A. hydrophila инфицируя организм, штаммы, продуцирующие ExoA, устраняют мышечные барьеры, позволяя NF1 впадать в буйство "поедающих плоть".
Интересно, что три других штамма остаются на месте инфекции, в то время как NF1 берет на себя инициативу и проникает через кровоток. Авторы обнаружили, что NF1 на самом деле производит уникальный токсин, который убивает не только ткани в организме, но и другие штаммы A. hydrophila; сам штамм NF1 сам удерживает противоядие от собственного самодельного яда.
Лучшая диагностика?
По словам Чопры, новые результаты могут иметь значение при поиске новых микробных диагностических инструментов. Когда доктора думают о смешанных инфекциях, они обычно думают об инфекциях, вызванных двумя или более совершенно разными бактериальными видами, сказал он. Но текущий случай показывает, что разные штаммы одного и того же вида могут также объединяться, чтобы вызывать заболевание, и каждый штамм может быть уязвим для различных видов лечения антибиотиками.
«Когда мы лечим данным антибиотиком, мы выводим организм из организма», - говорится в заявлении соавтора Риты Колвелл, микробиолога из Университета Мэриленда. «Но если есть другой организм, который участвует в инфекции и является также патогенным, то любое лечение антибиотиками, которое также не нацелено на этот организм, может просто расчищать почву для его роста как сумасшедшего».
По словам Чопры, хотя сегодня они редко используются для диагностики инфекций, генетические инструменты могут оказаться полезными для характеристики сложных бактериальных инфекций, вызванных более чем одним штаммом бактерий.
Но не все согласны с этим прогнозом.
«Думаю, изменится ли клиническое лечение некротического фасциита? Не обязательно», - сказал в интервью Live Science доктор Амеш Адаля, врач и эксперт по инфекционным заболеваниям в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе, который не принимал участия в исследовании.
Поскольку некротизирующий фасциит действует очень быстро, к тому времени, когда врачи точно определят каждый штамм, вызывающий инфекцию, может быть «слишком поздно что-то изменить», сказала Адаля. Выявление различных штаммов может помочь при лечении более легких A. hydrophila инфекции, где определенная комбинация бактерий может ухудшить результат, сказал он. Но в настоящее время эти штаммы могут быть обнаружены только с помощью «сложных генетических инструментов», обычно не встречающихся в клинических условиях.
Тем не менее, исследования объясняют, каким образом несколько бактериальных штаммов могут объединяться и распространяться в организме, нанося ущерб, сказала Адаля. Было бы интересно выяснить, используют ли более распространенные бактерии те же стратегии для распространения инфекции в организме, добавил он.
