Mikrobiologinen biorealmisivu Staphylococcus saprophyticus-suvusta
Luokitus
Korkeamman asteen taksonit
Bakteerit; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae
Lajit
NCBI: Taxonomy
Staphylococcus saprophyticus
Kuvaus ja merkitys
Staphylococcus saprophyticus on Gram-positiivinen, koagulaasinegatiivinen fakultatiivinen Staphylococcus-laji, joka on johtava kystiisin aiheuttaja naisilla ja liittyy komplisoitumattomaan virtsatieinfektioon (UTI) ihmisillä. Se on toiseksi yleisin virtsatietulehduksiin liittyvä patogeeni, joka aiheuttaa 10-20 prosenttia kaikista virtsatietulehduksista seksuaalisesti aktiivisilla nuorilla naisilla. Muiden stafylokokkien tavoin S. saprophyticus on pallomainen ja muistuttaa viinirypäleitä. S. saprophyticus kolonisoituu ihmisten virtsateissä, ja sitä eristetään virtsanäytteistä. Nuoret naiset ovat alttiimpia virtsateiden kolonisaatiolle, ja sukupuoliyhteys edistää sen leviämistä. S. saprophyticus ei normaalisti esiinny elimistössä. Sitä eristetään myös kuolleiden eläinten ruhoista.
Vuonna 1962 Torres Pereira eristi ensimmäisen kerran koagulaasinegatiivisen stafylokokin, jolla oli antigeeni 51, akuuttia virtsatietulehdusta sairastavilta naisilta. . Tämä antigeeni luokiteltiin myöhemmin S. saprophyticukseksi. Laboratoriokokeet S. saprophyticuksen tunnistamiseksi perustuvat sen resistenssiin Novobiocin-antibiootille ja koagulaasin puuttumiseen.
Genomin rakenne
Vuonna 2005 japanilaiset tutkijat ovat sekvensoineet S. saprophyticus -bakteerin (kanta ATCC 15305) genomin kokonaan. S. saprophyticus sisältää 2 516 575 bp:n kokoisen pyöreän kromosomin, 2 446 ORF:ää ja kaksi plasmidia, joiden koko on 38,4 ja 22,9 kb. Genomi sekvensoitiin organismin patogeneesin ymmärtämiseksi paremmin. Käytettiin koko genomin haulikkosekvensointia, jossa sekvensoitiin 1-2 kb:n tai 10 kb:n inserttejä. Insertit koottiin sitten PHRED/PHRAP/CONSED-ohjelmilla. Aukot täytettiin suoralla PCR-sekvensoinnilla käyttäen erityisiä alukkeita kunkin aukon päissä.
S. saprophyticus -bakteerin genomi sisältää monia liikkuvia elementtejä, kuten stafylokokkikasettikromosomeja (SCC), insertiosekvenssiä ja genomista saareketta. SCC:iden uskotaan integroituneen genomiin kaksivaiheisen prosessin kautta, ja ne sisältävät restriktioentsyymimodifikaatiojärjestelmän ja kasettikromosomirekombinaasin (Ccr). SCC:t ovat vastuussa stafylokokkien patogeenisyydestä ja antibioottiresistenssistä. S. saprophyticus -bakteerin genomisaarekkeeseen liittyy resistenssi streptomysiini- ja fosfomysiini-antibiooteille, toisin kuin muiden Staphylococci-heimojen genomisaarekkeisiin, jotka liittyvät patenogeenisyyteen, kuten Staphylococci aureus. Nämä liikkuvat elementit mahdollistavat lateraalisen geeninsiirron muiden bakteerilajien välillä.
Kaksi plasmidia kantavat geeniä akvaporinille, joka säätelee solun osmolaarisuutta. Plasmidien useat kopiot mahdollistavat useamman vesikorinin ilmentymisen.
Solun rakenne ja aineenvaihdunta
Staphylococcus saprophyticus on koagulaasinegatiivinen Staphylococcus-laji. Muiden stafylokokkien tavoin se on grampositiivinen, pallomainen ja fakultatiivinen anaerobi. Sillä on runsaasti siirtojärjestelmiä, jotka sopeutuvat ihmisen virtsan jatkuvasti muuttuvaan pH:han, osmolaarisuuteen ja ureapitoisuuteen. Yksi sopeutumiskeinoista on kahdessa plasmidissa ilmentyvä geeni. Plasmidit sisältävät geenin, joka koodaa akvaporin Z:tä. Syntyvien vesikanavien määrää säädellään plasmidien kopioiden määrällä. pH:n säätelemiseksi S. saprophyticus sisältää kaksi Na+/H+ -antiportteria, jotka pitävät solun homeostaasissa ottamalla protoneja. Bakteerit tarvitsevat rautaa selviytyäkseen. S. saprophyticus -bakteerilla ei ole sideroforeja, mutta se käyttää muita keinoja raudan hankkimiseen. Sillä on sekä pH:sta riippuvainen symportteri että natriumista riippuvainen symportteri, jotka kuljettavat kaksiarvoisia kationeja, myös rautaa, soluun. Näiden kuljetusjärjestelmien ansiosta S. saprophyticus voi kasvaa nopeasti virtsateissä.
S. saprophyticus sisältää ureaasia, joka hydrolysoi ureaa ja tuottaa ammoniakin johdannaisen. Näin solu metaboloi typpeä. Ureaasiaktiivisuuden tiedetään olevan infektiota aiheuttava tekijä virtsatietulehduksissa.
S. saprophyticus sisältää autolysiiniä, jonka uskotaan osallistuvan fibronektiinin sitomiseen. On myös havaittu, että S. saprophyticus sisältää 160 kDa:n pintapolypeptidiä, joka toimii hemagglutiniinina ja välittää fibronektiinin sitoutumista. Poplypeptidin vasta-aine estää hemagglutinaation. S. saprophyticus sisältää spesifisen adheksiinin, joka edistää tarttumista eukaryoottisiin soluihin virtsateissä.
Ekologia
Staphylococcus saprophyticus tarttuu uroepiteelisoluihin ja lampaan erytrosyytteihin aiheuttaen hemoglutinaatiota. S. saprophyticus on opportunistinen infektio, ja sitä esiintyy harvoin normaaleilla ihmisillä, joilla on terve immuunijärjestelmä. Spermisidit ja kandidainfektiot vaikuttavat emättimen kasvistoon, mikä lisää infektioriskiä. Staphylococcus ei voi selviytyä isäntäeläimen ulkopuolella.
Patologia
Staphylcoccus saprophyticus ei esiinny luonnostaan terveissä ihmisissä. Se tarttuu ihmisiin sukupuoliyhdynnässä tai kosketuksessa eläinten kanssa. S. saprophyticus kolonisoituu kaikenikäisten nuorten naisten ja miesten virtsateissä. Infektio voi levitä peräsuolen ja emättimen alueille. Spermisidien ja kandidainfektion aiheuttamat muutokset sukupuolielinten alueella lisäävät alttiutta S. saprophyticus -infektiolle. Ureaasiaktiivisuuden tiedetään olevan infektiota aiheuttava tekijä virtsatietulehduksissa. S. saprophyticus -infektioon liittyy munuais- ja virtsakiviä. Infektion aiheuttamia vakavampia sairauksia ovat pyelonefriitti, septikemia, nefrolitiasi ja endokardiitti. Todettiin, että tartuntariski kasvaa kesä- ja kevätkuukausina, kosketuksessa kotieläimiin (lehmät, lampaat, siat) ja ulkona uidessa.
”The virulence factors of S. saprophyticus ovat tarttuminen uroteelisoluihin pinta-assosioituneen proteiinin, lipoteichoiinihapon, avulla; hemagglutiniini, joka sitoutuu fibronektiiniin, hemolysiini; ja solunulkoisen liman tuottaminen.”
Uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että S. saprophyticus on opportunistinen infektio.
Sovellus biotekniikkaan
Staphylococcus saprophyticus -bakteerille ei näytä olevan positiivisia käyttötarkoituksia, koska se on patogeeni.
Nykytutkimus
Joitakin Staphylcoccus saprophyticusta koskevia viimeaikaisia tutkimuksia:
”Urinary Bactericidal Activity of Extended-Release Ciprofloxacin (1,000 Milligramm) versus Levofloxacin (500 Milligramm) in Healthy Volunteers Receiving a Single Oral Dose”
Flourokinolonit ovat virtsatietulehdusten hoidossa käytetty lääke, mutta niiden tehoon vaikuttavat virtsan pH ja sisältö. Tutkimus tehtiin 2 lääkkeellä saksalaisilta lääkeyhtiöiltä. Testattiin pitkävaikutteista lääkettä, siprofloksasiinia ja toista lääkettä, levofloksasiinia. Levofloksasiini osoittautui tehokkaammaksi kuin siprofloksasiini S. saprophyticusta vastaan. Kyseessä oli laboratoriotutkimus eikä kliininen tutkimus. Tutkimuksessa käytettiin vain 12 vapaaehtoista.
”Peptidoglykaanin O-asetyylitransferaasin esiintyminen eri stafylokokkilajeissa korreloi lysotsyymiresistenssin ja patogeenisuuden kanssa.”
Kyky vastustaa lysotsyymien hyökkäyksiä antaa mikrobeille mahdollisuuden infektoida ja kolonisoitua tehokkaammin. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että peptidoglykaanien O-asetylaatio antaa vastustuskyvyn lysosyymeille. S. saprophyticus -bakteerin soluseinissä havaittiin O-asetylaatiota, mutta ei niin paljon kuin muissa patogeenisemmissä organismeissa. S. saprophyticus on nyt osoitettu opportunistiseksi infektioksi.
”Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection”
Japanilaiset tutkijat käyttivät koko genomin haulikkosekvensointia sekvensoidakseen Staphylococcus saprophyticus -bakteerin koko genomin. He sekvensoivat 1-2 tai 10 kb:n inserttejä. Insertit koottiin sitten PHRED/PHRAP/CONSED-ohjelmilla. Aukot täytettiin suoralla PCR-sekvensoinnilla käyttäen erityisiä alukkeita kunkin aukon päissä. Ennustettujen ORF:ien toiminnot määritettiin BLAST-ohjelman haun perusteella ei-redundanttiin proteiinitietokantaan. Erilaisia tarttuvuus- ja hemoglutinaatiomäärityksiä tehtiin. Sekvensoimalla koko genomin tutkijat ovat selvittäneet S. saprophyticus -bakteerin eloonjäämiseen ja patogeneesiin liittyviä sopeutumisia.
Kuroda, M., A. Yamashita, H. Hirakawa, M. Kumano, K. Morikawa, M. Higashide, A. Maruyama, Y. Inose, K. Matoba, H. Toh, S. Kuhara, M. Hattori ja T. Ohta. 2005. Staphylococcus saprophyticus -bakteerin koko genomin sekvenssi paljastaa komplisoitumattoman virtsatieinfektion patogeneesin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:13272-13277
Novick, R. P. (2003) Plasmid 49:, 93-105.
Raz, Raul., Colodner, Raul., Kunin, Calvin M. 2005. Kuka sinä olet – Staphylococcus saprophyticus? CID 2005:40 ppg. 896-898.
Torres Pereira A. Koagulaasinegatiiviset stafylokokkikannat, joilla on antigeeni 51 virtsainfektion aiheuttajina. J Clin Pathol 1962; 15:252
Pead, Linda., Maskell, Rosalind., Morris, Julie. Staphylococcus saprophyticus virtsapatogeenina: kuuden vuoden prospektiivinen tutkimus. British Medical Journal. 1985 October 26. Vol. 291, ppg. 1157-1159.
Navarre, W. W. ja O. Schneewind. 1999. Gram-positiivisten bakteerien pintaproteiinit ja niiden kohdentumismekanismit soluseinän kuoreen. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:174-229.
Gatermann S, Meyer H G. Staphylococcus saprophyticus hemagglutiniini sitoo fibronektiinia. Infect Immun. 1994;62:4556–4563.
F. M. E. Wagenlehner, M. Kinzig-Schippers, U. Tischmeyer, C. Wagenlehner, F. Sorgel ja K. G. Naber Extended-Release-siprofloksasiinin (1 000 milligrammaa) ja levofloksasiinin (500 milligrammaa) virtsan bakterisidinen aktiivisuus terveillä vapaaehtoisilla, jotka saivat kerta-annoksen suun kautta Antimicrob. Agents Chemother., November 1, 2006; 50(11): 3947 – 3949.
Bera, A., R. Biswas, S. Herbert ja F. Götz. 2006. Peptidoglykaanin O-asetyltransferaasin esiintyminen eri stafylokokkilajeissa korreloi lysotsyymiresistenssin ja patogeenisuuden kanssa. Infect. Immun. 74:4598-4604.
Marrie, T. J. ja J. W. Costerton. 1983. Scanning electronmicroscopic study of uropathogen adherence to a plastic surface.Appl. Environ. Microbiol. 45:1018-1024.
Toimittanut Paul Wong, Rachel Larsenin opiskelija, UCSD.