En sida i Microbial Biorealm om släktet Staphylococcus saprophyticus
Klassificering
Taxa av högre ordning
Bakterier; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae
Species
NCBI: Taxonomy
Staphylococcus saprophyticus
Beskrivning och betydelse
Staphylococcus saprophyticus är en grampositiv, koagulasnegativ fakultativ art av Staphylococcus, som är en av de vanligaste orsakerna till cystis hos kvinnor och som förknippas med okomplicerade urinvägsinfektioner (UTI) hos människor. Den är den näst vanligaste patogenen i samband med urinvägsinfektioner och orsakar 10-20 % av alla urinvägsinfektioner hos sexuellt aktiva unga kvinnor. Liksom andra stafylokocker är S. saprophyticus globulär och liknar druvklasar. S. saprophyticus koloniserar i urinvägarna hos människor och isoleras från urinprov. Unga kvinnor är mer mottagliga för kolonisering i urinvägarna och samlag främjar spridningen. S. saprophyticus förekommer normalt inte i kroppen. Den isoleras också från kadaver av döda djur.
1962 isolerade Torres Pereira för första gången en koagulasnegativ stafylokock med antigen 51 från kvinnor med akut urinvägsinfektion . Detta antigen klassificerades senare som S. saprophyticus. Laboratorietester för att identifiera S. saprophyticus baseras på dess resistens mot antibiotikumet Novobiocin och avsaknad av koagulas.
Genomstruktur
Från och med 2005 har genomet hos S. saprophyticus (stam ATCC 15305) sekvenserats fullständigt av japanska forskare. S. saprophyticus innehåller en cirkulär kromosom på 2 516 575 bp, 2 446 ORF:er och två plasmider som är 38,4 och 22,9 kb stora. Genomet sekvenserades för att bättre förstå organismens pathenogenes. Man använde sig av helgenomsekvensering med shotgun-sekvensering, med sekvensering i 1-2 kb eller 10 kb-insatser. Insatserna sammanställdes sedan med hjälp av PHRED/PHRAP/CONSED-programmen. Luckorna fylldes med PCR-direktsekvensering med hjälp av specifika primers i ändarna av varje lucka.
S. saprophyticus’ genom innehåller många rörliga element inklusive stafylokockkassettkromosomer (SCC), en insättningssekvens och en genomisk ö. SCC:erna tros ha integrerats i genomet genom en tvåstegsprocess och innehåller ett modifieringssystem med restriktionsenzym och ett kassettkromosomrekombinas (Ccr). SCC:erna är ansvariga för att bidra till pathenogenicitet och antibiotikaresistens hos stafylokocker. Den genomiska ön i S. saprophyticus är förknippad med resistens mot antibiotikan streptomycin och fosfomycin till skillnad från de genomiska öarna i andra genom av Staphylococci, som är förknippade med pathenogenicitet, t.ex. i Staphylococci aureus. Dessa mobila element möjliggör lateral genöverföring mellan andra bakteriearter.
De två plasmiderna bär genen för en aquaporin som reglerar cellens osmolaritet. Flera kopior av plasmiderna ger uttryck för fler vattenkanaler.
Cellstruktur och metabolism
Staphylococcus saprophyticus är en koagulasnegativ art av Staphylococcus. Liksom andra stafylokocker är den grampositiv, är klotformad och är en fakultativ anaerob. Den har rikligt med transportsystem för att anpassa sig till det ständigt föränderliga pH-värdet, osmolariteten och koncentrationen av urea i humanurin. En av anpassningarna är den gen som uttrycks i de två plasmiderna. Plasmiderna innehåller en gen som kodar för aquaporin Z. Mängden vattenkanaler som skapas regleras av antalet kopior av plasmiderna. För att reglera pH innehåller S. saprophyticus två Na+/H+-antiporters som håller cellen i homeostas genom upptag av protoner. Bakterier behöver järn för att överleva. S. saprophyticus saknar sideroforer, men använder andra metoder för att få tag på järn. Den har både en pH-driven symporter och en natriumberoende symporter för att transportera tvåvärda katjoner, inklusive järn, in i cellen. Dessa transportsystem gör att S. saprophyticus kan växa snabbt i urinvägarna.
S. saprophyticus innehåller ureas, som hydrolyserar urea och producerar ett derivat av ammoniak. Det är på detta sätt som cellen metaboliserar kväve. Ureasaktivitet är känd som en infektionsorsakande faktor vid urinvägsinfektioner.
S. saprophyticus innehåller ett autolysin som tros vara inblandat i bindningen av fibronectin. Man har också funnit att S. saprophyticus innehåller en 160 kDa ytpolypeptid som fungerar som hemagglutinin och förmedlar bindningen av fibronectin. Antikroppen mot poplypeptiden hämmar hemagglutinering. S. saprophyticus innehåller en specifik adhesin som bidrar till vidhäftningen till eukaryota celler i urinvägarna.
Ekologi
Staphylococcus saprophyticus adhererar till uroepitelceller och fårens erytrocyter och orsakar hemoglutination. S. saprophyticus är en opportunistisk infektion och förekommer sällan hos normala människor med ett friskt immunförsvar. Spermicider och candidainfektioner påverkar den vaginala floran, vilket ökar risken för infektion. Staphylococcus kan inte överleva utanför ett värddjur.
Patologi
Staphylcoccus saprophyticus finns inte naturligt hos friska människor. Den infekterar människor genom samlag eller genom kontakt med djur. S. saprophyticus koloniserar i urinvägarna hos unga kvinnor och män i alla åldrar. Infektionen kan spridas till rektala och vaginala områden. Förändringar i genitalområdet genom spermicider och candidainfektioner ökar känsligheten för infektion med S. saprophyticus. Ureasaktivitet är känd som en infektionsorsakande faktor vid urinvägsinfektioner. Njur- och urinstenar är förknippade med S. saprophyticus-infektion. De allvarligare sjukdomar som orsakas av infektion är pyelonefrit, septikemi, nefrolithiasis och endokardit. Man fann att risken för infektion ökar under sommar- och vårmånaderna, vid kontakt med tamdjur (kor, får, grisar) och vid bad utomhus.
”The virulence factors of S. Saprophyticus inkluderar vidhäftning till urotelceller med hjälp av ett ytassocierat protein, lipoteikosyra, ett hemagglutinin som binder till fibronectin, ett hemolysin och produktion av extracellulärt slem.”
Nyare forskning har visat att S. saprophyticus är en opportunistisk infektion.
Användning på bioteknik
Det verkar inte finnas några positiva användningsområden för Staphylococcus saprophyticus eftersom det är en patogen.
Aktuell forskning
En del av den senaste forskningen om Staphylcoccus saprophyticus:
”Urinary Bactericidal Activity of Extended-Release Ciprofloxacin (1 000 milligram) versus Levofloxacin (500 milligram) in Healthy Volunteers Receiving a Single Oral Dose”
Flourokinoloner är det läkemedel som är det bästa för att behandla urinvägsinfektioner, men deras effektivitet påverkas av urinens pH och innehåll. Forskning gjordes på 2 läkemedel från tyska läkemedelsföretag. Ett läkemedel med förlängd frisättning, Ciprofloxacin och ett annat läkemedel Levofloxacin testades. Levoflaxacin visade sig vara mer effektivt än Ciprofoxacin mot S. saprophyticus. Detta var en laboratoriestudie och inte en klinisk studie. Endast 12 frivilliga användes.”
”Närvaron av peptidoglykan O-acetyltransferas i olika stafylokockarter korrelerar med lysozymresistens och patogenicitet.”
Förmågan att motstå lysozymernas attacker gör att mikroberna kan infektera och kolonisera mer effektivt. I denna studie fann man att O acetylering av peptidoglykaner ger resistens mot lysozymer. S. saprophyticus visade sig ha O-acetylering i sina cellväggar, men inte i lika hög grad som andra mer pathenogena organismer. S. saprophyticus visar sig nu vara en opportunistisk infektion.
”Whole genome sequence of Staphylococcus saprophyticus reveals the pathogenesis of uncomplicated urinary tract infection”
Japanska forskare använde whole-genome shotgun sequencing för att sekvensera hela genomet hos Staphylococcus saprophyticus. De sekvenserade i 1-2 eller 10 kb-insatser. Insatserna sattes sedan samman med hjälp av PHRED/PHRAP/CONSED-programmen. Luckorna fylldes genom PCR-direktsekvensering med hjälp av specifika primers i slutet av varje lucka. Funktionerna hos de förutspådda ORF:erna tilldelades utifrån en sökning med BLAST-programmet mot en icke-redundant proteindatabas. Olika adherens- och hemoglutinationsanalyser utfördes. Genom att sekvensera hela genomet har forskarna belyst anpassningarna för överlevnad och pathenogenes 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 och T. Ohta. 2005. Helgenomsekvens av Staphylococcus saprophyticus avslöjar patogenesen för okomplicerad urinvägsinfektion. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:13272-13277
Novick, R. P. (2003) Plasmid 49:, 93-105.
Raz, Raul., Colodner, Raul., Kunin, Calvin M. 2005. Vem är du – Staphylococcus saprophyticus? CID 2005:40 ppg. 896-898.
Torres Pereira A. Koagulasnegativa stammar av stafylokocker med antigen 51 som agenter för urininfektioner. J Clin Pathol 1962; 15:252
Pead, Linda., Maskell, Rosalind., Morris, Julie. Staphylococcus saprophyticus som urinpatogen: en sexårig prospektiv undersökning. British Medical Journal. 1985 October 26. Vol. 291, ppg. 1157-1159.
Navarre, W. W. och O. Schneewind. 1999. Ytproteiner hos grampositiva bakterier och mekanismer för deras inriktning på cellväggshöljet. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:174-229.
Gatermann S, Meyer H G. Staphylococcus saprophyticus hemagglutinin binder fibronectin. 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. 1 november 2006; 50(11): 3947 – 3949.
Bera, A., R. Biswas, S. Herbert och F. Götz. 2006. Förekomsten av peptidoglykan O-acetyltransferas i olika stafylokockarter korrelerar med lysozymresistens och patogenicitet. Infect. Immun. 74:4598-4604.
Marrie, T. J. och J. W. Costerton. 1983. Scanning electronmicroscopic study of uropathogen adherence to a plastic surface.Appl. Environ. Microbiol. 45:1018-1024.
Redigerat av Paul Wong, student hos Rachel Larsen, UCSD.