Een Microbiële Biorealm-pagina over het geslacht Staphylococcus saprophyticus
Classificatie
Hogere orde taxa
Bacteriën; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae
Soorten
NCBI: Taxonomy
Staphylococcus saprophyticus
Beschrijving en betekenis
Staphylococcus saprophyticus is een Gram-positieve, coagulase-negatieve facultatieve soort Staphylococcus, die een belangrijke oorzaak is van cystisis bij vrouwen en geassocieerd wordt met ongecompliceerde urineweginfectie (UTI) bij de mens. Het is de op één na meest voorkomende ziekteverwekker die in verband wordt gebracht met UTI’s en veroorzaakt 10-20% van alle UTI’s bij seksueel actieve jonge vrouwen. Net als andere stafylokokken is S. saprophyticus bolvormig en lijkt op druiventrossen. S. saprophyticus koloniseert in de urinewegen van de mens en wordt geïsoleerd uit urinemonsters. Jonge vrouwen zijn gevoeliger voor kolonisatie in de urinewegen en geslachtsgemeenschap bevordert de verspreiding. S. saprophyticus is normaal niet in het lichaam aanwezig. Hij wordt ook geïsoleerd uit de karkassen van dode dieren.
In 1962 isoleerde Torres Pereira voor het eerst een coagulase-negatieve Staphylococci met antigen 51 bij vrouwen met acute UTI. . Dit antigeen werd later geclassificeerd als S. saprophyticus. Laboratoriumtests om S. saprophyticus te identificeren zijn gebaseerd op zijn resistentie tegen het antibioticum Novobiocine en de afwezigheid van coagulase.
Genoomstructuur
Sinds 2005 is het genoom van S. saprophyticus (stam ATCC 15305) volledig gesequeneerd door Japanse onderzoekers. S. saprophyticus bevat een cirkelvormig chromosoom van 2.516.575 bp, 2.446 ORF’s, en twee plasmiden van 38,4 en 22,9 kb groot. Het genoom werd gesequeneerd om de pathenogenese van het organisme beter te begrijpen. Er werd gebruik gemaakt van whole-genome shotgun sequencing, sequencing in inserts van 1-2 kb of 10 kb. De inserts werden vervolgens geassembleerd met behulp van PHRED/PHRAP/CONSED-programma’s. De gaten werden opgevuld door PCR direct sequencing, met behulp van specifieke primers aan de uiteinden van elk gat.
Het genoom van S. saprophyticus bevat veel mobiele elementen, waaronder stafylokokken-cassette-chromosomen (SCC’s), een insertiesequentie en een genomisch eiland. Aangenomen wordt dat de SCC’s via een tweestapsproces in het genoom zijn geïntegreerd en een restrictie-enzym modificatiesysteem en een cassette-chromosoom recombinase (Ccr) bevatten. De SCC’s dragen bij tot pathenogeniciteit en antibioticaresistentie bij Staphylococcen. Het genomische eiland in S. saprophyticus is geassocieerd met resistentie tegen de antibiotica streptomycine en fosfomycine, in tegenstelling tot de genomische eilanden in andere Staphylococci genomen, die geassocieerd zijn met pathenogeniciteit, zoals in Staphylococci aureus. Deze mobiele elementen maken laterale genoverdracht tussen andere bacteriële soorten mogelijk.
De twee plasmiden dragen het gen voor een aquaporine dat de osmolariteit van de cel regelt. Meervoudige kopieën van de plasmiden zorgen voor expressie van meer waterkanalen.
Celstructuur en metabolisme
Staphylococcus saprophyticus is een coagulase-negatieve soort van Staphylococcus. Net als andere stafylokokken is hij Gram-positief, bolvormig en een facultatieve anaerobe. Het heeft een overvloed aan transporter-systemen om zich aan te passen aan de steeds veranderende pH, osmolariteit, en concentratie van ureum in de menselijke urine. Een van de aanpassingen is het gen dat in de twee plasmiden tot expressie komt. De plasmiden bevatten een gen dat codeert voor aquaporine Z. De hoeveelheid waterkanalen die wordt gecreëerd, wordt geregeld door het aantal kopieën van de plasmiden. Om de pH te regelen, bevat S. saprophyticus twee Na+/H+ antiporters die de cel in homeostase houden door de opname van protonen. Bacteriën hebben ijzer nodig om te overleven. S. saprophyticus heeft geen sideroforen, maar gebruikt andere middelen om ijzer te verkrijgen. Het heeft zowel een pH-gestuurde symporter als een natriumafhankelijke symporter om tweewaardige kationen, waaronder ijzer, in de cel te transporteren. Deze transportsystemen zorgen ervoor dat S. saprophyticus snel kan groeien in de urinewegen.
S. saprophyticus bevat urease, dat ureum hydrolyseert en een ammoniakderivaat produceert. Zo metaboliseert de cel stikstof. Van urease-activiteit is bekend dat het een infectieveroorzakende factor is bij UTI’s.
S. saprophyticus bevat een autolysine dat betrokken zou zijn bij het binden van fibronectine. Ook is gebleken dat S. saprophyticus een oppervlaktepolypeptide van 160 kDa bevat dat als hemagglutinine fungeert en de binding van fibronectine medieert. Het antilichaam tegen het poplypeptide remt hemagglutinatie. S. saprophyticus bevat een specifiek adhesine dat bijdraagt tot de adhesie aan eukaryote cellen in de urinewegen.
Ecologie
Staphylococcus saprophyticus hecht zich aan uroepitheelcellen en schapenerythrocyten waardoor hemogglutinatie optreedt. S. saprophyticus is een opportunistische infectie en komt zelden voor bij normale mensen met een gezond immuunsysteem. Spermiciden en candidale infecties tasten de vaginale flora aan, waardoor het risico op infectie toeneemt. Staphylococcus kan niet overleven buiten een gastheer-dier.
Pathologie
Staphylcoccus saprophyticus komt van nature niet voor bij gezonde mensen. Hij infecteert mensen via geslachtsgemeenschap of door contact met dieren. S. saprophyticus koloniseert in de urinewegen van jonge vrouwen en mannen van alle leeftijden. De infectie kan zich verspreiden naar het rectale en vaginale gebied. Veranderingen aan het genitale gebied door spermiciden en candida-infectie verhogen de vatbaarheid voor S. saprophyticus-infectie. Het is bekend dat urease-activiteit een infectieveroorzakende factor is bij UTI’s. Nier- en urinestenen worden in verband gebracht met S. saprophyticus infectie. De ernstigste door infectie veroorzaakte ziekten zijn pyelonefritis, septicemia, nefrolithiasis en endocarditis. Er werd vastgesteld dat het risico op infectie toeneemt in de zomer- en lentemaanden, bij contact met gedomesticeerde dieren (koeien, schapen, varkens), en door zwemmen in de open lucht.
“De virulentiefactoren van S. saprophyticus omvatten hechting aan urotheelcellen door middel van een oppervlakte-geassocieerd eiwit, lipoteichoïnezuur; een hemagglutinine dat zich bindt aan fibronectine, een hemolysine; en de productie van extracellulair slijm.”
Recent onderzoek heeft aangetoond dat S. saprophyticus een opportunistische infectie is.
Toepassing in de biotechnologie
Er lijken geen positieve toepassingen voor Staphylococcus saprophyticus te zijn, omdat het een ziekteverwekker is.
Huidig onderzoek
Enkele van de recente onderzoeken naar Staphylcoccus saprophyticus:
“Urinary Bactericidal Activity of Extended-Release Ciprofloxacin (1,000 Milligram) versus Levofloxacin (500 Milligram) in Healthy Volunteers Receiving a Single Oral Dose”
Flouroquinolonen zijn het geneesmiddel bij uitstek voor de behandeling van UTI’s, maar hun effectiviteit wordt beïnvloed door de pH en het urinegehalte. Er werd onderzoek gedaan naar 2 geneesmiddelen van Duitse farmaceutische bedrijven. Een geneesmiddel met verlengde afgifte, Ciprofloxacin en een ander geneesmiddel Levofloxacin werden getest. Levoflaxacin bleek effectiever te zijn dan Ciprofoxacin tegen S. saprophyticus. Dit was een laboratoriumstudie en geen klinische studie. Er werden slechts 12 vrijwilligers gebruikt.
“De aanwezigheid van peptidoglycan O-acetyltransferase in verschillende stafylokokkensoorten correleert met lysozymresistentie en pathogeniciteit”
Het vermogen om de aanvallen van lysozymes te weerstaan stelt microben in staat om effectiever te infecteren en te koloniseren. In deze studie werd gevonden dat O acetylering van peptidoglycanen resistentie tegen lysozymes verleent. S. saprophyticus bleek O-acetylering van zijn celwanden te hebben, maar niet in dezelfde mate als andere, meer pathenogene organismen. S. saprophyticus blijkt nu een opportunistische infectie te zijn.
“Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection”
Japanse onderzoekers gebruikten whole-genome shotgun sequencing om het volledige genoom van Staphylococcus saprophyticus te sequencen. Zij sequenceten in inserts van 1-2 of 10 kb. De inserts werden vervolgens geassembleerd met behulp van PHRED/PHRAP/CONSED-programma’s. De leemten werden opgevuld door PCR direct sequencing, met gebruikmaking van specifieke primers aan de uiteinden van elke leemte. De functies van voorspelde ORF’s werden toegewezen op basis van een zoekopdracht met het BLAST-programma tegen een niet-redundante eiwitdatabase. Verschillende adhesie- en hemoglutinatietests werden uitgevoerd. Door sequentiebepaling van het volledige genoom hebben onderzoekers de aanpassingen voor overleving en pathenogenese van S. saprophyticus opgehelderd.
Kuroda, M., A. Yamashita, H. Hirakawa, M. Kumano, K. Morikawa, M. Higashide, A. Maruyama, Y. Inose, K. Matoba, H. Toh, S. Kuhara, M. Hattori, and T. Ohta. 2005. Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:13272-13277
Novick, R. P. (2003) Plasmid 49:, 93-105.
Raz, Raul., Colodner, Raul., Kunin, Calvin M. 2005. Wie ben jij-Staphylococcus saprophyticus? CID 2005:40 ppg. 896-898.
Torres Pereira A. Coagulase-negative strains of staphylococcus possessing antigen 51 as agents of urinary infection. J Clin Pathol 1962; 15:252
Pead, Linda., Maskell, Rosalind., Morris, Julie. Staphylococcus saprophyticus as a urinary pathogen: a six year prospective survey. British Medical Journal. 1985 October 26. Vol. 291, ppg. 1157-1159.
Navarre, W. W., and O. Schneewind. 1999. Surface proteins of Gram-positive bacteria and mechanisms of their targeting to the cell wall envelope. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:174-229.
Gatermann S, Meyer H G. Staphylococcus saprophyticus hemagglutinine bindt fibronectine. Infect Immun. 1994;62:4556–4563.
F. M. E. Wagenlehner, M. Kinzig-Schippers, U. Tischmeyer, C. Wagenlehner, F. Sorgel, and K. G. Naber Urinary Bactericidal Activity of Extended-Release Ciprofloxacin (1,000 Milligram) versus Levofloxacin (500 Milligram) in Healthy Volunteers Receiving a Single Oral Dose Antimicrob. Agents Chemother., November 1, 2006; 50(11): 3947 – 3949.
Bera, A., R. Biswas, S. Herbert, and F. Götz. 2006. The presence of peptidoglycan O-acetyltransferase in various staphylococcal species correlates with lysozyme resistance and pathogenicity. Infect. Immun. 74:4598-4604.
Marrie, T. J., and J. W. Costerton. 1983. Scanning electronmicroscopic study of uropathogen adherence to a plastic surface.Appl. Environ. Microbiol. 45:1018-1024.
Uitgegeven door Paul Wong, student van Rachel Larsen, UCSD.