En side om mikrobiologisk biorealm om slægten Staphylococcus saprophyticus
Klassifikation
Højere orden taxa
Bakterier; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae
Species
NCBI: Taxonomy
Staphylococcus saprophyticus
Beskrivelse og betydning
Staphylococcus saprophyticus er en Gram-positiv, koagulase-negativ fakultativ art af Staphylococcus, som er en af de vigtigste årsager til blærebetændelse hos kvinder og er associeret med ukomplicerede urinvejsinfektioner (UTI) hos mennesker. Det er det næsthyppigste patogen i forbindelse med urinvejsinfektioner , der forårsager 10-20 % af alle urinvejsinfektioner hos seksuelt aktive unge kvinder. Som andre stafylokokker er S. saprophyticus kugleformet og ligner drueklaser. S. saprophyticus koloniserer i urinvejene hos mennesker og er isoleret fra urinprøver. Unge kvinder er mere modtagelige for kolonisering i urinvejene, og samleje fremmer dens spredning. S. saprophyticus er normalt ikke til stede i kroppen. Den er også isoleret fra kadavere af døde dyr.
I 1962 isolerede Torres Pereira for første gang en koagulase-negativ stafylokokker med antigen 51 fra kvinder med akut urinvejsinfektion. . Dette antigen blev senere klassificeret som S. saprophyticus. Laboratorieprøver til identifikation af S. saprophyticus er baseret på dens resistens over for antibiotikumet Novobiocin og fravær af koagulase.
Genomstruktur
I 2005 er genomet af S. saprophyticus (stamme ATCC 15305) blevet fuldstændigt sekventeret af japanske forskere. S. saprophyticus indeholder et cirkulært kromosom på 2.516.575 bp, 2.446 ORF’er og to plasmider på 38,4 og 22,9 kb. Genomet blev sekventeret for bedre at forstå pathenogenesen af organismen. Der blev anvendt helgenom shotgun-sekventering med sekventering i 1-2 kb- eller 10 kb-indsatser. Indsætningerne blev derefter sammensat ved hjælp af PHRED/PHRAP/CONSED-programmer. Hullerne blev udfyldt ved direkte PCR-sekventering ved hjælp af specifikke primere i enderne af hvert hul.
Genomet af S. saprophyticus indeholder mange mobile elementer, herunder Staphylococcal cassette chromosomes (SCC’er), en indsætningssekvens og en genomisk ø. SCC’erne menes at være integreret i genomet gennem en totrinsproces og indeholder et restriktionsenzym-modifikationssystem og en kassettekromosom-rekombinase (Ccr). SCC’erne er ansvarlige for at bidrage til pathenogenicitet og antibiotikaresistens hos stafylokokker. Den genomiske ø i S. saprophyticus er forbundet med resistens over for antibiotikaene streptomycin og fosfomycin i modsætning til de genomiske øer i andre stafylokokkergenomer, som er forbundet med pathenogenicitet, f.eks. i Staphylococci aureus. Disse mobile elementer giver mulighed for lateral genoverførsel mellem andre bakteriearter.
De to plasmider bærer genet for et aquaporin, der regulerer cellens osmolaritet. Flere kopier af plasmiderne giver mulighed for ekspression af flere vandkanaler.
Cellestruktur og metabolisme
Staphylococcus saprophyticus er en koagulase-negativ art af Staphylococcus. Ligesom andre stafylokokker er den Gram-positiv, er kugleformet og er en fakultativ anaerobe. Den har rigelige transportsystemer til at tilpasse sig til den stadigt skiftende pH-værdi, osmolaritet og koncentration af urinstof i menneskers urin. En af disse tilpasninger er det gen, der udtrykkes i de to plasmider. Plasmiderne indeholder et gen, der koder for aquaporin Z. Mængden af vandkanaler, der oprettes, reguleres af antallet af kopier af plasmiderne. Til regulering af pH-værdien indeholder S. saprophyticus to Na+/H+-antiportere, som holder cellen i homøostase ved at optage protoner. Bakterier har brug for jern for at overleve. S. saprophyticus mangler siderophorer, men bruger andre midler til at skaffe jern. Den har både en pH-drevet symporter og en natriumafhængig symporter til at transportere divalente kationer, herunder jern, ind i cellen. Disse transportsystemer gør det muligt for S. saprophyticus at vokse hurtigt i urinvejene.
S. saprophyticus indeholder urease, som hydrolyserer urinstof og producerer et derivat af ammoniak. På denne måde metaboliserer cellen kvælstof. Ureaseaktivitet er kendt for at være en infektionsfremkaldende faktor ved urinvejsinfektioner.
S. saprophyticus indeholder en autolysin, som menes at være involveret i binding af fibronectin. Det er også blevet konstateret, at S. saprophyticus indeholder et 160 kDa overfladepolypeptid, der fungerer som hemagglutinin og formidler bindingen af fibronectin. Antistoffet mod poplypeptidet hæmmer hæmagglutinering. S. saprophyticus indeholder et specifikt adhesin, der bidrager til adhæsionen til eukaryote celler i urinvejene.
Ekologi
Staphylococcus saprophyticus klæber til uroepithelceller og får erythrocytter og forårsager hæmoglutination. S. saprophyticus er en opportunistisk infektion og er sjældent til stede hos normale mennesker med et sundt immunsystem. Spermicider og candidainfektioner påvirker den vaginale flora, hvilket øger risikoen for infektion. Staphylococcus kan ikke overleve uden for et værtsdyr.
Patologi
Staphylcoccus saprophyticus findes ikke naturligt hos raske mennesker. Den smitter mennesker ved samleje eller ved kontakt med dyr. S. saprophyticus koloniserer i urinvejene hos unge kvinder og mænd i alle aldre. Infektionen kan sprede sig til rektale og vaginale områder. Ændringer i kønsorganerne som følge af sæddræbende midler og candidainfektion øger modtageligheden for infektion med S. saprophyticus. Ureaseaktivitet er kendt for at være en infektionsfremkaldende faktor i forbindelse med urinvejsinfektioner. Nyre- og urinsten er forbundet med infektion med S. saprophyticus. De mere alvorlige sygdomme, der skyldes infektion, er pyelonefritis, septikæmi, nefrolithiasis og endokarditis. Det blev konstateret, at risikoen for infektion øges i sommer- og forårsmånederne, ved kontakt med husdyr (køer, får, svin) og ved svømning i det fri.
“The virulence factors of S. saprophyticus omfatter adhærens til urothelceller ved hjælp af et overfladeassocieret protein, lipoteichoinsyre; et hæmagglutinin, der binder til fibronectin, et hæmolysin; og produktion af ekstracellulært slim.”
Reneste forskning har vist, at S. saprophyticus er en opportunistisk infektion.
Anvendelse i bioteknologi
Der synes ikke at være nogen positive anvendelsesmuligheder for Staphylococcus saprophyticus, da det er et patogen.
Aktuel forskning
En del af den seneste forskning om Staphylcoccus saprophyticus:
“Urinær bakteriedræbende aktivitet af Ciprofloxacin med forlænget frigivelse (1.000 milligram) versus Levofloxacin (500 milligram) hos raske frivillige, der modtager en enkelt oral dosis”
Flourokinoloner er det foretrukne lægemiddel til behandling af urinvejsinfektioner, men deres effektivitet påvirkes af urinens pH og indhold. Der blev foretaget forskning på 2 lægemidler fra tyske medicinalfirmaer. Et lægemiddel med forlænget frigivelse, Ciprofloxacin og et andet lægemiddel Levofloxacin blev testet. Levoflaxacin viste sig at være mere effektivt end Ciprofoxacin mod S. saprophyticus. Der var tale om en laboratorieundersøgelse og ikke om en klinisk undersøgelse. Der blev kun anvendt 12 frivillige.”
“Tilstedeværelsen af peptidoglykan O-acetyltransferase i forskellige stafylokokkerarter korrelerer med lysozymresistens og patogenicitet.”
Evnen til at modstå lysozymernes angreb gør det muligt for mikrober at inficere og kolonisere mere effektivt. I denne undersøgelse blev det fundet, at O acetylering af peptidoglykaner giver resistens over for lysozymer. S. saprophyticus havde O-acetylering af sine cellevægge, men ikke i lige så høj grad som andre mere pathenogene organismer. S. saprophyticus viser sig nu at være en opportunistisk infektion.”
“Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection”
Japanske forskere brugte whole-genome shotgun sequencing til at sekventere hele genomet af Staphylococcus saprophyticus. De sekventerede i 1-2 eller 10 kb inserts. Indsætningerne blev derefter sammensat ved hjælp af PHRED/PHRAP/CONSED-programmer. Hullerne blev udfyldt ved direkte PCR-sekventering ved hjælp af specifikke primere i enderne af hvert hul. Funktionerne af de forudsagte ORF’er blev tildelt på grundlag af en BLAST-programsøgning mod en ikke-redundant proteindatabase. Der blev udført forskellige adhærens- og hæmoglutinationsassays. Ved at sekventere hele genomet har forskerne belyst tilpasningerne til overlevelse og pathenogenese hos S. saprophyticus.
Kuroda, M., A. Yamashita, H. Hirakawa, M. Kumano, K. Morikawa, M. Higashide, A. Maruyama, Y. Inose, K. Matoba, H. Toh, S. Kuhara, M. Hattori og T. Ohta. 2005. Helgenomsekvens af Staphylococcus saprophyticus afslører patogenese af ukompliceret urinvejsinfektion. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:13272-13277
Novick, R. P. (2003) Plasmid 49:, 93-105.
Raz, Raul., Colodner, Raul., Kunin, Calvin M. 2005. Hvem er du – Staphylococcus saprophyticus? CID 2005:40 ppg. 896-898.
Torres Pereira A. Koagulase-negative stammer af stafylokokker, der besidder antigen 51, som agenter for urinvejsinfektioner. J Clin Pathol 1962; 15:252
Pead, Linda., Maskell, Rosalind., Morris, Julie. Staphylococcus saprophyticus som urinvejspatogen: en seksårig prospektiv undersøgelse. British Medical Journal. 1985 October 26. Vol. 291, ppg. 1157-1159.
Navarre, W. W., og O. Schneewind. 1999. Overfladeproteiner fra gram-positive bakterier og mekanismer for deres målretning til cellevægshylsteret. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:174-229.
Gatermann S, Meyer H G. Staphylococcus saprophyticus hemagglutininin binder fibronectin. Infect Immun. 1994;62:4556–4563.
F. M. E. Wagenlehner, M. Kinzig-Schippers, U. Tischmeyer, C. Wagenlehner, F. Sorgel og K. G. Naber Urinbakteriedræbende aktivitet af Ciprofloxacin med forlænget frigivelse (1.000 milligram) versus Levofloxacin (500 milligram) hos raske frivillige, der modtager en enkelt oral dosis Antimicrob. Agents Chemother. 1. november 2006; 50(11): 3947 – 3949.
Bera, A., R. Biswas, S. Herbert, og F. Götz. 2006. Tilstedeværelsen af peptidoglycan O-acetyltransferase i forskellige stafylokok-arter korrelerer med lysozymresistens og patogenicitet. Infect. Immun. 74:4598-4604.
Marrie, T. J., og J. W. Costerton. 1983. Scanning electronmicroscopic study of uropathogen adherence to a plastic surface.Appl. Environ. Microbiol. 45:1018-1024.
Redigeret af Paul Wong, studerende hos Rachel Larsen, UCSD.