Eine mikrobielle Biorealm-Seite über die Gattung Staphylococcus saprophyticus
Klassifikation
Taxa höherer Ordnung
Bakterien; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae
Spezies
NCBI: Taxonomy
Staphylococcus saprophyticus
Beschreibung und Bedeutung
Staphylococcus saprophyticus ist eine grampositive, koagulase-negative fakultative Staphylococcus-Art, die eine der Hauptursachen für Blasenentzündungen bei Frauen ist und mit unkomplizierten Harnwegsinfektionen (UTI) beim Menschen in Verbindung gebracht wird. Sie ist der zweithäufigste Erreger von Harnwegsinfektionen und verursacht 10-20 % aller Harnwegsinfektionen bei sexuell aktiven jungen Frauen. Wie andere Staphylokokken ist S. saprophyticus kugelförmig und ähnelt Weintrauben. S. saprophyticus kolonisiert in den Harnwegen des Menschen und wird aus Urinproben isoliert. Junge Frauen sind anfälliger für eine Besiedlung der Harnwege, und Geschlechtsverkehr begünstigt seine Verbreitung. S. saprophyticus ist normalerweise nicht im Körper vorhanden. Er wird auch aus den Kadavern toter Tiere isoliert.
1962 isolierte Torres Pereira erstmals eine koagulase-negative Staphylokokke mit Antigen 51 aus Frauen mit akuter Harnwegsinfektion. Dieses Antigen wurde später als S. saprophyticus klassifiziert. Labortests zur Identifizierung von S. saprophyticus basieren auf seiner Resistenz gegen das Antibiotikum Novobiocin und dem Fehlen von Koagulase.
Genomstruktur
Ab 2005 wurde das Genom von S. saprophyticus (Stamm ATCC 15305) von japanischen Forschern vollständig sequenziert. S. saprophyticus enthält ein zirkuläres Chromosom von 2.516.575 bp, 2.446 ORFs und zwei Plasmide von 38,4 und 22,9 kb Größe. Das Genom wurde sequenziert, um die Pathenogenese des Organismus besser zu verstehen. Es wurde eine Whole-Genome-Shotgun-Sequenzierung durchgeführt, bei der 1-2 kb oder 10 kb große Inserts sequenziert wurden. Die Inserts wurden dann mit den Programmen PHRED/PHRAP/CONSED assembliert. Die Lücken wurden durch PCR-Direktsequenzierung unter Verwendung spezifischer Primer an den Enden der einzelnen Lücken gefüllt.
Das Genom von S. saprophyticus enthält viele mobile Elemente, darunter Staphylokokken-Kassettenchromosomen (SCCs), eine Insertionssequenz und eine genomische Insel. Es wird angenommen, dass die SCCs durch einen zweistufigen Prozess in das Genom integriert wurden und ein Restriktionsenzym-Modifikationssystem und eine Kassettenchromosomen-Rekombinase (Ccr) enthalten. Die SCCs tragen zur Pathenogenität und Antibiotikaresistenz von Staphylokokken bei. Die genomische Insel in S. saprophyticus ist mit der Resistenz gegen die Antibiotika Streptomycin und Fosfomycin verbunden, im Gegensatz zu den genomischen Inseln in anderen Staphylokokken-Genomen, die mit Pathenogenität verbunden sind, wie z. B. in Staphylococci aureus. Diese mobilen Elemente ermöglichen einen lateralen Gentransfer zwischen anderen Bakterienarten.
Die beiden Plasmide tragen das Gen für ein Aquaporin, das die Osmolarität der Zelle reguliert. Mehrere Kopien der Plasmide sorgen für die Expression mehrerer Wasserkanäle.
Zellstruktur und Stoffwechsel
Staphylococcus saprophyticus ist eine koagulase-negative Art von Staphylococcus. Wie andere Staphylokokken ist er Gram-positiv, kugelförmig und ein fakultativer Anaerobier. Er verfügt über eine Vielzahl von Transportersystemen, um sich an den ständig wechselnden pH-Wert, die Osmolarität und die Harnstoffkonzentration im menschlichen Urin anzupassen. Eine der Anpassungen ist das in den beiden Plasmiden exprimierte Gen. Die Plasmide enthalten ein Gen, das für Aquaporin Z kodiert. Die Anzahl der gebildeten Wasserkanäle wird durch die Anzahl der Kopien der Plasmide reguliert. Um den pH-Wert zu regulieren, enthält S. saprophyticus zwei Na+/H+-Antiporter, die die Zelle durch die Aufnahme von Protonen in der Homöostase halten. Bakterien brauchen Eisen zum Überleben. S. saprophyticus besitzt keine Siderophore, nutzt aber andere Mittel zur Eisenbeschaffung. Es verfügt sowohl über einen pH-gesteuerten Symporter als auch über einen natriumabhängigen Symporter, um zweiwertige Kationen, einschließlich Eisen, in die Zelle zu transportieren. Diese Transportsysteme ermöglichen es S. saprophyticus, in den Harnwegen schnell zu wachsen.
S. saprophyticus enthält Urease, die Harnstoff hydrolysiert und ein Ammoniakderivat produziert. Auf diese Weise verstoffwechselt die Zelle Stickstoff. Die Urease-Aktivität ist bekanntlich ein infektionsauslösender Faktor bei Harnwegsinfektionen.
S. saprophyticus enthält ein Autolysin, von dem angenommen wird, dass es an der Bindung von Fibronektin beteiligt ist. Es wurde auch festgestellt, dass S. saprophyticus ein 160-kDa-Oberflächenpolypeptid enthält, das als Hämagglutinin fungiert und die Bindung von Fibronektin vermittelt. Der Antikörper gegen das Poplypeptid hemmt die Hämagglutination. S. saprophyticus enthält ein spezifisches Adhäsin, das zur Adhäsion an eukaryotische Zellen im Harntrakt beiträgt.
Ökologie
Staphylococcus saprophyticus haftet an Uroepithelzellen und Schafserythrozyten und verursacht Hämoglutination. S. saprophyticus ist eine opportunistische Infektion und tritt bei normalen Menschen mit einem gesunden Immunsystem nur selten auf. Spermizide und Candida-Infektionen beeinträchtigen die Vaginalflora und erhöhen das Infektionsrisiko. Staphylococcus kann außerhalb eines Wirtstieres nicht überleben.
Pathologie
Staphylcoccus saprophyticus kommt bei gesunden Menschen nicht natürlich vor. Er infiziert den Menschen durch Geschlechtsverkehr oder durch Kontakt mit Tieren. S. saprophyticus besiedelt die Harnwege von jungen Frauen und Männern jeden Alters. Die Infektion kann auf rektale und vaginale Bereiche übergreifen. Veränderungen im Genitalbereich durch Spermizide und Candida-Infektionen erhöhen die Anfälligkeit für eine Infektion mit S. saprophyticus. Die Urease-Aktivität ist als infektionsauslösender Faktor bei Harnwegsinfektionen bekannt. Nieren- und Harnleitersteine werden mit einer S. saprophyticus-Infektion in Verbindung gebracht. Die schwereren Erkrankungen, die durch eine Infektion verursacht werden, sind Pyelonephritis, Septikämie, Nephrolithiasis und Endokarditis. Es wurde festgestellt, dass das Infektionsrisiko in den Sommer- und Frühlingsmonaten, bei Kontakt mit Haustieren (Kühen, Schafen, Schweinen) und durch Baden im Freien steigt.
„Zu den Virulenzfaktoren von S. Zu den Virulenzfaktoren von S. saprophyticus gehören das Anhaften an Urothelzellen mittels eines oberflächenassoziierten Proteins, der Lipoteichonsäure, ein Hämagglutinin, das sich an Fibronektin bindet, ein Hämolysin und die Produktion von extrazellulärem Schleim.“
Neue Forschungen haben gezeigt, dass S. saprophyticus eine opportunistische Infektion ist.
Anwendung in der Biotechnologie
Es scheint keine positiven Verwendungsmöglichkeiten für Staphylococcus saprophyticus zu geben, da er ein Krankheitserreger ist.
Aktuelle Forschung
Ein Teil der aktuellen Forschung über Staphylcoccus saprophyticus:
„Urinary Bactericidal Activity of Extended-Release Ciprofloxacin (1.000 Milligrams) versus Levofloxacin (500 Milligrams) in Healthy Volunteers Receiving a Single Oral Dose“
Flouroquinolone sind das Medikament der Wahl zur Behandlung von Harnwegsinfektionen, aber ihre Wirksamkeit wird durch den pH-Wert und den Inhalt des Urins beeinflusst. Untersucht wurden 2 Medikamente von deutschen Pharmaunternehmen. Getestet wurden ein Medikament mit verlängerter Wirkstofffreisetzung, Ciprofloxacin, und ein weiteres Medikament, Levofloxacin. Levoflaxacin erwies sich als wirksamer als Ciprofoxacin gegen S. saprophyticus. Es handelte sich um eine Laborstudie und nicht um eine klinische Studie. Es wurden nur 12 Freiwillige verwendet.
„Das Vorhandensein von Peptidoglykan-O-Acetyltransferase in verschiedenen Staphylokokkenarten korreliert mit Lysozymresistenz und Pathogenität“
Die Fähigkeit, den Angriffen von Lysozymen zu widerstehen, ermöglicht es Mikroben, sich effektiver zu infizieren und zu kolonisieren. In dieser Studie wurde festgestellt, dass die O-Acetylierung von Peptidoglykanen eine Resistenz gegen Lysozyme verleiht. Es wurde festgestellt, dass S. saprophyticus eine O-Acetylierung seiner Zellwände aufweist, jedoch nicht in dem Maße wie andere pathenogenere Organismen. S. saprophyticus erweist sich nun als opportunistische Infektion.
„Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection“
Japanische Forscher verwendeten die Whole-genome shotgun sequencing, um das gesamte Genom von Staphylococcus saprophyticus zu sequenzieren. Sie sequenzierten in 1-2 oder 10 kb-Inserts. Die Inserts wurden dann mit den Programmen PHRED/PHRAP/CONSED zusammengesetzt. Die Lücken wurden durch PCR-Direktsequenzierung unter Verwendung spezifischer Primer an den Enden jeder Lücke geschlossen. Die Funktionen der vorhergesagten ORFs wurden auf der Grundlage einer BLAST-Suche in einer nicht-redundanten Proteindatenbank zugeordnet. Es wurden verschiedene Adhärenz- und Hämoglutinationstests durchgeführt. Durch die Sequenzierung des gesamten Genoms konnten die Forscher die Anpassungen für das Überleben und die Pathenogenese von S. saprophyticus aufklären.
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Bearbeitet von Paul Wong, Student von Rachel Larsen, UCSD.