Patienten ankom til hospitalet med det, der lignede en bakterieinfektion. Men så blev tingene meget mere alvorlige: Patienten udviklede en "kødspisende" infektion, der i sidste ende krævede amputation af begge arme og begge ben.
Hvad fik infektionen til at spin ud af kontrol? Det viste sig, at det ikke var en infektion med en enkelt type bakterier, men snarere en mashup af fire forskellige stammer af samme art.
Nu ved videnskabsmænd nøjagtigt, hvordan disse bakteriestammer fungerer sammen for at desimere væv i kroppen, som rapporteret i en ny undersøgelse. Og resultaterne kan have konsekvenser for behandling af disse såkaldte "polymikrobielle" infektioner.
I det nylige tilfælde fandt Dr. Ashok Chopra, en professor i mikrobiologi og immunologi ved University of Texas Medical Branch og hans kolleger fire forskellige stammer af den samme bakterieart, kendt som Aeromonas hydrophila, hos den inficerede patient. Tilsammen iværksatte mikroberne et angreb mere dødbringende end nogen individuel stamme alene kunne have orkestreret.
Undersøgelsen, der blev offentliggjort 11. november i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, antyder, at tre af bakteriestammerne tillader den fjerde at komme ind i blodbanen og lægge affald i væv i hele kroppen. A. hydrophila er en sjælden årsag til kødspisende infektioner, men Chopra spekulerede i, at andre kødspisende bakterier, f.eks E coli, kan også anvende en lignende angrebsstrategi. Der ville dog være behov for mere forskning for at vise dette, sagde han.
"De kunne forskellige toksiner ... men de kan have lignende 'tværgående' blandt forskellige stammer," sagde Chopra. ”I slutningen af dagen ser jeg, at dette har meget større konsekvenser i kliniske omgivelser.”
Flere mikrober
Da den inficerede patient blev indlagt på hospitalet, brugte læger traditionel diagnostik til at afgøre, hvilken patogen der var skylden. De identificerede sig A. hydrophila, en mikrob, der ofte findes i ferskvands- og brakkemiljøer, fra søer til floder til drikkevand, ifølge det kliniske referencested UpToDate. Ved indtagelse kan bakterien forårsage diarré eller inficere blødt væv i kroppen. Men når A. hydrophila går ind i et åbent sår, kan der forekomme en forfærdelig sygdom kaldet "nekrotiserende fasciitis".
Den sjældne infektion trænger hurtigt ind og dræber bindevæv i hele kroppen, hvilket efterlader den berørte person sårbar over for organsvigt og død, ifølge National Organization for Rare Disorders. Den kødspisende infektion skal behandles hurtigt med antibiotika eller kirurgi, som det var tilfældet med patienten i den nye undersøgelse. I sidste ende kunne kun en firedoblet amputation redde patienten fra de voldsomme mikrober.
Patientens første diagnose afslørede ikke, hvorfor infektionen tog en så pludselig og dødbringende vending. Traditionelle diagnostiske tests identificerer forskellige bakteriearter baseret på de proteiner og toksiner, bakterierne producerer, forklarede Chopra, så nuance af sagen oprindeligt blev savnet. ”Men hvis du på DNA-niveau ... det er en helt anden historie,” sagde han.
I to tidligere undersøgelser isolerede Chopra og hans medforfattere bakterieprøver fra patienten og analyserede alt det genetiske materiale indeholdt i mikroberne. Analysen afslørede de fire forskellige bakteriestammer, kaldet NF1 til 4, der tilsammen forårsagede den næsten dødelige infektion. Men bemærkelsesværdigt, når man opererer isoleret, udløste ingen af de fire stammer en dødelig infektion i musemodeller. For at lære, hvordan mikroberne interagerer for at forårsage alvorlig infektion, justerede forfatterne bakteriestammernes DNA og inficerede musemodeller med flere stammer på én gang. Ved at ændre bakteriens DNA kunne forskerne udveksle det vævsdrabende arsenal af hver og bestemme, hvilke våben der gjorde den blandede infektion så dødbringende.
Det viser sig, at hver bakteriestamme har "forskellige arsenaler, der kan påvirke værten," sagde Chopra.
Tre af de fire stammer, NF2 til NF4, indeholder genetiske instruktioner til at producere et toksin kaldet exotoxin A eller ExoA, som forhindrer inficerede celler i at bygge nye proteiner. På deres egen nedbryder disse tre stammer stadig muskelvæv og får adgang til blodbanen, men immunsystemet renser hurtigt patogenet fra kroppen.
I modsætning hertil forekommer den sidste af de fire stammer, NF1, mindre sårbar overfor immunangreb, men kan ikke concocte sin egen ExoA. Når man arbejder alene forbliver mikroben stort set isoleret nær infektionsstedet, der er blokeret af vægge i muskelvæv. Det er her bakterielt teamwork kommer i spil. Når flere stammer af A. hydrophila inficerer kroppen, de ExoA-producerende stammer river de muskuløse forhindringer ned, så NF1 kan gå på en "kødspisende" voldsomhed.
Interessant nok forbliver de tre andre stammer i nærheden af infektionsstedet, mens NF1 tager føringen og bølger gennem blodbanen. Forfatterne fandt, at NF1 faktisk producerer et unikt toksin, der dræber ikke kun væv i kroppen, men også de andre stammer af A. hydrophila; selve NF1-stammen holder modgift mod sin egen hjemmelavede gift.
Bedre diagnostik?
De nye fund kan have konsekvenser i søgningen efter nye mikrobielle diagnostiske værktøjer, sagde Chopra. Når læger tænker på blandede infektioner, tænker de ofte på infektioner forårsaget af to eller flere helt forskellige bakterier, sagde han. Men den aktuelle sag viser, at forskellige stammer af den samme art også kan slå sig sammen for at forårsage sygdom, og hver stamme kan være sårbar over for forskellige antibiotiske behandlinger.
”Når vi behandler med et givet antibiotikum, renser vi en organisme ud af kroppen,” sagde medforfatter Rita Colwell, en mikrobiolog ved University of Maryland, i en erklæring. "Men hvis der er en anden organisme, der deltager i infektionen, og som også er sygdomsfremkaldende, er enhver antibiotikabehandling, der ikke også er rettet mod den organisme, bare klar til at vokse som vanvittig."
Selvom det sjældent bruges til diagnosticering af infektioner i dag, kan genetiske værktøjer en dag vise sig at være nyttige til karakterisering af komplekse bakterieinfektioner forårsaget af mere end en bakteriestamme, sagde Chopra.
Men ikke alle er enige i denne forudsigelse.
"Tror jeg, vil ændre den kliniske behandling af nekrotiserende fasciitis? Ikke nødvendigvis," sagde Dr. Amesh Adalja, en læge og ekspert på infektionssygdomme ved Johns Hopkins University i Baltimore, som ikke var involveret i undersøgelsen, til Live Science.
Da nekrotiserende fasciitis virker så hurtigt, når lægerne fastlægger hver stamme, der forårsager infektionen, kan det være "for sent at gøre en forskel," sagde Adalja. Identificering af forskellige stammer kan hjælpe med at guide behandlingen af mildere A. hydrophila infektioner, hvor en bestemt kombination af bakterier kan forværre resultatet, sagde han. Men som det fremgår, kunne disse stammer kun opdages med "sofistikerede genetiske værktøjer", som normalt ikke findes i kliniske omgivelser.
Forskningen belyser stadig måderne, hvorpå flere bakteriestammer kan mødes for at sprede sig i kroppen, hvilket skaber kaos, sagde Adalja. Det ville være interessant at undersøge, om mere almindelige bakterier anvender de samme strategier for at sprede infektion i kroppen, tilføjede han.
