Biofilmer och främmandekroppsinfektioner Åsa Melhus IMV/Sektionen för klinisk bakteriologi asa.melhus@medsci.uu.se
Kochs postulat Bakterien ska regelbundet kunna påvisas från sjuka patienter Bakterien ska kunna isoleras i renkultur (en enda art) och odlas i flera generationer Bakterien ska därefter kunna inokuleras på lämpligt försöksdjur och hos detta orsaka samma sjukdom Bakterien ska kunna påvisas och isoleras hos försöksdjuret
Hela vårt sätt att se på bakterier kan vara en artefakt - Fritt levande (planktoniskt) - Renkulturer (Koch)
Problem Industriella vattensystem Oljeledningar Dentala plack
Biofilmer - det dominerande växtsättet i alla naturliga ekosystem (>99,9%)
Definition Ett mikrobiellt samhälle Irreversibelt fastsatt till en yta/varandra/någon form av underlag Inbäddat i en egenproducerad matrix av extracellulära substanser Uppvisar en förändrad fenotyp (tillväxt, gentranskription)
Bakterier kan i vår kropp befinna sig i planktonisk och biofilmsform samtidigt (lokal infektion + sepsis) Säker markör för biofilmsformen saknas Vid rutinodling av bakterier på labbet, försvinner den typiska biofilmsfenotypen snabbt
Klinisk definition Bakterierna adhererar till någon yta/substrat Lever i klustrar eller mikrokolonier omgivna av extracellulärt matrix Är lokaliserade till en viss plats Är svåra eller omöjliga att eradikera med antibiotika trots full känslighet i planktonisk form
Infektionsproblem relaterade till biofilmer Främmande kroppar Stenar Kroniska infektioner (prostatit, kronisk bronkit, kronisk sinuit, mediaotit med effusion m.fl.) Miljöbakterier hos nedsatta patienter (Pseudomonas, Legionella spp.)
Biofilmproduktion i provrör Beror på: pH CO2 Tillgång på näring Typ av material Förmågan att bilda biofilm i provrör är starkt korrelerat till förmågan att orsaka kliniska infektioner hos KNS
Biofilmer Förändras över tid och rum Kan bestå av en eller flera olika arter Bildas lättast i strömmande vätskor - ju högre strömningshastighet ju högre hållfastbarhet (hög viskoelasticitet) Septiska embolier
Växt av P.aeruginosa i strömmande vätska
Fyra stadier Initiering Utmognad Underhåll Spridning (planktonisk fas)
Initiering - det kritiska steget Grampositiva bakterier är generellt bättre på att adherera än gramnegativa Studie med 2345 endokarditfall: 56% streptokocker, enterokocker 25% stafylokocker (varav 19% S.aureus) Resterande gramnegativer och svamp
Alfahemolytiska streptokocker/viridansstreptokocker Tillhör normalfloran i mun och svalg Ger upphov till: Karies Bukabscesser Subakut endokardit Hjärnabscesser
Experimentell endokardit (kanin) Ca 30 min för bakterier att lokalisera kärlskada Förökning inom timmar Mikrokolonier < 24 tim (ej möjligt för neutrofiler att igenkänna) < 2 dagar majoriteten av bakteriecellerna vilande
Hjärtklaffsproteser 0,5-4% endokardit Tidiga infektioner: KNS Sena (efter 12 mån): streptokocker, KNS, enterokocker, S.aureus
Risker med biofilmer med svamp Jästsvampar är större än bakterier - vegetationerna är därmed också större Högre risk för septiska embolier Checka kapillärbäddar (fingrar, ögonbottnar)
Hälsovårdsrelaterade infektioner (USA) 2 miljoner/år - > 100 000 dödsfall 70% är associerade med medicinteknisk utrustning som ligger inne i kroppen 2/3 orsakas av stafylokocker (S.aureus, S.epidermidis)
Främmande kroppar inom vården Mekaniska hjärtklaffar Pacemakrar Kärlgrafter Ventrikelshuntar Ledproteser Stag, spikar, skruvar Hoffmanninstrument CVK, PAC, artärnålar, venflon KAD, nefrostomi-/suprapubiskatetrar ”Knapp på magen”
Främmande kroppar inom vården forts. EDA-katetrar Dialys-/CAPD-katetrar Insulin-/cytostatikapumpar Linser Tandimplantat Suturer, staples Kvarglömda instrument, torkar
CVK Störst risk för infektion av alla främmande kroppar (3-5%) Biofilmer finns alltid på CVK - alla katetrar kläds med bl.a. proteiner. Kolonisering och biofilmsbildning kan ske inom 3 dagar < 10 dagar - mer biofilm på utsidan Längre men < 30 dagar - mer biofilm på insidan Odlingsfynd: KNS, S.aureus, P.aeruginosa, K.pneumoniae, E.faecalis, C.albicans Undvik att dra blod från CVK vid blododling
Stafylokocker
Stafylokocker Grampositiva kocker, kan vara kapslade Fakultativa anaerober, de flesta är katalaspositiva Tillväxer vid 18-40C, de flesta även i 10% natriumklorid 33 species, 17 kliniskt relevanta S.aureus är den mest virulenta (koagulaspositiv)
Koagulasnegativa stafylokocker Den grupp bakterier som dominerar floran på huden, i hudens körtlar och på slemhinnor hos däggdjur Många stammar kan kolonisera samma person i flera år Mest bakterier (104-106 cfu/cm2) finns i regioner med mycket talgkörtlar och svettkörtlar samt runt kroppsöppningar Utsatta områden där huden fjällar (atopiskt eksem, 80% koloniserade med S.aureus)
Specialiserade kolonisatörer S.capitis: >90% av det som växer på skalpen efter puberteten (fett och talg) S.epidermidis: Ansiktet (torrare), thorax, armar och ben S.auricularis: Yttre hörselgången (vax) S.aureus: Näsan (varierar med ålder, 10-40% bland vuxna, mer hos vårdpersonal) S.saprophyticus: perineum - staging area?, ureasproduktion
Stafylokocker har vanligtvis ett gott förhållande till sin värd, men om hudkostymen skadas genom: större trauma nålstick implantation av främmande kroppar kan dessa bakterier genom att få tillträde till hudens olika vävnader plötsligt bli patogena
Extracellulärt material Slem/glycocalyx Produceras av de flesta stafylokocker Kopiösa mängder från många S.epidermidis och en del S.capitis stammar Modifierad teikonsyra? Formation av biofilmer via quorum sensing
Skillnader mellan KNS-infektioner på sta’n och på sjukhus Samhällsförvärvad Ofta relativt känsliga stammar Mer subakut Sjukhusförvärvad Ofta multiresistanta stammar Stammarna har ökad förmåga att adherera till plastmaterial, olika typer av proteiner Mer akut
Läkningstider Klitoris 2-6 V Öra 6-8 V Ögonbryn 6-8 V Längst ut på penis 3-9 mån Yttre blygdläpp 2-4 mån Läpp 6-8 V Navel Upp till 9 mån Bröstvårta 2-4 mån Pung 2-3 mån Tunga 3-6 V
Oral piercing Blödningar Inandning av metalldelar Oral cellulit Säkra andningsvägar Ab i.v. Dränera abscesser
Näspiercing Näsborrar, nässeptum Hål genom brosk medför ofta blödningar, infektioner, nekros, deformitet Dränage upp i hjärnan Kolonisering av S.aureus
Riskpatienter Diabetiker Patienter med immunsuppression Patienter med klaffel, korrigerade medfödda hjärtfel
Biofilmassocierade infektioner Dröjer ofta länge innan man får tydliga symtom Biofilmer: Påverkar T-lymfocyter och monocyter Påverkar B-lymfocyter, Ig produktion, koagulation Påverkar opsonisering och fagocytos
Cystisk fibros - patienter med biofilmssjuka Staphylococcus aureus Haemophilus influenzae Pseudomonas aeruginosa (80%) Burkholderia cepacia Behandla så tidigt som möjligt
P.aeruginosa G- stav, miljöbakterie (spridd i sjukhusmiljön) Ringa näringskrav - kan växa var som helst Obligat aerob, oxidas +, pigmenterad, söt doft Kapsel, LPS, ett flertal enzymer som bryter ner vävnader, exotoxin Naturligt resistent mot ett flertal Ab, utvecklar lätt resistens Den mest studerade biofilmsbildaren Icke mukoida - mukoida kolonier
Biofilm med P.aeruginosa schematiskt Utsöndring av enzymer m.m. Yttre, ”inaktiv kapsel” Inre ”aktiv kärna” Biofilmer är resistenta mot antibiotika, desinfektions- medel, bakteriofager, amöbor
Test av quorom sensing hos P.aeruginosa
Njursten Ca 15-20% av alla njurstenar tillkommer i samband med urinvägsinfektioner Krävs basisk miljö för att mineralerna ska utfällas (urea blir ammoniak med ureasproducerande bakterier: Proteus, Providencia, Klebsiella, Pseudomonas) För att bli infektionsfri måste stenen avlägsnas
Vad göra när man inte mekaniskt kan ta bort biofilmen? Försöka förhindra biofilmsbildningen (antibiotika, desinfektionsmedel, silver, jobba med olika material/ytor) Använda sig av en substans som hämmar kommunikationen mellan bakterieceller Ibland livslång antibiotikabehandling
Biofilmer och antibiotikaresistens Kan inte penetrera in Långsam tillväxt Biofilmens struktur skyddar Högre frekvens plasmidöverföring, gör att en del bakterier naturligt kan plocka upp DNA från omgivningen och lättare bli resistenta
Antibiotika och biofilmer Funkar inte: Vancocin, aminoglykosider Funkar sådär: Betalaktamer Funkar: Rifampicin, kinoloner, klindamycin, makrolider
Före och 1 tim efter klorbehandling
Hydrofila - hydrifoba ytor
Biofilm med bakterier och jästsvamp