Un material destul de amplu cu date rcente, extrem de interesante despre un domeniu aproape necunoscut: microbiota  respiratorie.

Alte microbiote umane

  • cutanta
  • orala
  • nazala
  • digestiva
  • vaginala

 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6585302/?fbclid=IwAR0bZOPx0CsK2V7JoJb7oQmuZXGVnBukdFJf3XlvBXapmcQ_g_94dxk5SJ0

Thorax. 2019 Jul; 74(7): 684–692.
Published online 2019 Feb 18. doi: 10.1136/thoraxjnl-2018-212616

Ce putem intelege din interactiunea intre Stafilococul auriu si Pseudomonas aeruginosa din timpul infectiilor respiratorii

Rezumat

Culturile din secretiile respiratorii la care s-au adaugat tehnicile moderne de identificare a germenilor au dus la punerea in evidenta a unor fenomene surprinztoare. Interactiunile dinte germeni pot avea un impact important supra

  • supravietuirii microbiene
  • persistenta acestora
  • susceptibilitatea lor la antibiotice
  • evolutia bolii

Studiile impactului asupra organismului uman a realtiilor polimicrobiene din microbiota umana au aratat ca structura acestora (a microbiotelor) si rezultatul interactiunii germenilor componenti  difera mult de impactul pe care il au grupele singulare de germeni (speciile) asupra respectivului organism. Acest lucru este de o mare importanta clinica.
Acest tip de studii s-au adresat mai intii microbiotelor orala si intestinala cunsocute si sub numele de „host associted microbiotas”. Domeniul infectiilor respiratorii polimicrobiene este relativ nou. (Dupa cite stim, caile respiratorii subglotice sint considerate, traditional, sterile.)  Recent se vorbeste si despre microbiota respiratorie in care germenii componenti intrā in competitie sau coopereaza ceea ce influenteaza evolutia bolii. Eforturile viitoare vor fi concentrate asupra modului in care aceste desoperiri pot influenta abordarea rationala a combateii infectiilor respiratorii. Printre cele mai obisnuite infectii respiratorii polimicrobiene se numara

  • fibroza chistica (FC)
  • bronsiectaziile fara FC
  • BPOC
  • pneumonia asociata ventilatiei mecanice (VAP)

Microbiota respiratorie din aceste situatii clinice poate fi foarte variata dar cele mai studiate bacterii sint Stafilococlu auriu (SA) si Pseudomonas aeruginosa (PsAe) care reprezinta cei mai frecventi germeni implicati si prezinta interactiuni atit de tip competitv cit si de tip cooperare.

Materialul acesta face o revizuire a starii cercetarilor in domeniul infectiilor pulmonare cu acesti doi germeni si se refera la :

  • prevalenta lor atit impreuna cit si independenti
  • asocierea cu evolutia pacientului
  • mecanismele prin care aceste combinatii por influenta sanatate pulmonara

Pentru ca coinfectia cu SA si PsAe este obisnuita si bine studiata in FC aceasta boala serveste in acest material drept baza a discutiilor si recomandarilor pentru studiile viitoare.

 Introducere

Din studiul host associated microbiotas (cea dentala si cea intestinala)

s-au dedus urmatoarele

  • O microbiota sanatoasa protejeaza fata de agresiunea unor germeni patogeni
  • Exista germeni cuimportanta cruciala in dezvoltarea, compozitia, comportamentul microbiotei (dar si sispozitia spatiala a germenilor este importanta).
  • Membri comunitatii interactioneaza/comunica prin cai metabolice in moduri greu de identificat daca se studiaza separat fiecare germen.

Modelul clinic al FC pulmonare

Germenii componenti ai microbiotei pulmonare

  • Stafilococul auriu (SA) cu varinatele sale MSSA si MRSA
  • Stenotrophomonas maltophilia
  • grupul Acromobacter
  • Haemophilus
  • complexul Burkholderia  cepacia

Cel mai frecvent identificati sint SA si PsAe.

Cea mai studiata situatie este FC. Ea are similaritati cu alte boli infectioase pulmonare

  • reducerea clearence-ului cailor respiratorii
  • raspuns inflamtor cronic, persistent, nesecretor
  • persistenta unei infectii care nu raspunde sau raspunde prost la tratament.

Relatie de coexistenta sau cooperare?

SA apare cel mai frecvent (70% dintre pacienti din care 30% sint cu MRSA) este primul germene identificat la tineri, mai ales (sub 30 de ani).

PsAe este identificat la 60% dintre pacienti, mai ales dupa 30 de ani.

S-a pus intrebarea: este coexistenta sau cooperare. Raspunsul nu este cert. Poate fi si una si alta. Exista argumente pro si contra.

Sint studii care sugereaza excudere/includere reciproca si influentarea evolutiei infectiilor.

Pe o cohorta de copii cu FC studiata in timp s-a sugerat ca infectia cu SA ar putea proteja fata de infectia cu PsAe. Copiii tratati cu un antistafilococ eficienta (flucloxacina activ pe MSSA) s-ar infecta mai precoce cu PsAe.

Un alt studiu se refera la asocierile bacteriene

  • PsAe nu a fost detectat in mod sistematic in asociere cu urmatoarele : MSSA, Brukholderia cepacia, Stenotrophomonas maltophilia, Acromobacter (xilosoxidans) dar a fost detectata asocierea cu Aspergillus si, uneori cu variante de Stenotrophomonas maltophilia.
  • Se considera de aceea ca infectia cu Ps Ae ar fi intirziata de prezenta celorlalti germeni.

Ipoteza aceasta este infirmata de alte studii.

Faptul ca infectia cu PsAe apare tirziu in evolutia FC a dus la ipoteza ca PsAe intra in competitie cu SA care il impiedica sa se dezvolte. Tratamentul agresiv al PsAe a dus la reparitia infectiilor cu SA.

Exista si dovezi experimentale (in vitro) in acest sens

  • In culturi PsAe inhiba cresterea SA prin: sechestrarea ferului, producerea de proteaze extracelulare si surfactant, inhibarea raspindirii SA prin producerea de substrat redox ( 2heptil-hidroxiqyinolina-N oxid sau HQNO, piocianina)

O alta tema de luat in discutie este legata de „infectia multibacteriana” si asocierea dintre germeni. Este destul de greu de diagnosticat pentru ca exista, dupa cite stim, colonizare si infectie. Doar prezenta unui germene intr-un anumit loc nu insamna infectie ci „colonizare”. Infectia se defineste prin prezenta germenelui si rapunsul gazdei (care este un raspuns inflamator cu componenta umorala si celulara).
In alta ordine de idei, este greu de precizat care dintre gemenii identificati este responsabil de raspunsul inflamator.

S e estimeaza ca 1/3 din pacienti sint coinfectati cu PsAe si SA in intervalul de virsta 8-85 de ani. Probelma este destul de psinoasa si este definita de modul locul si frecventa recoltarii probelor si identificarea procesului inflamator. Problemele nu sint, inca, bine precizate.

 

Influenta  PsAe si SA asupra evolutiei pacientilor

Pacinetii cu FC dezvolta BPOC si bronsiectazii.

Nu exsita date certe care sa sugereze ca coinfectia are  evolutie mai grava.

Mai jos prezint citeva date legate de virulenta germenilor si interactiunea lor

  • Atit PsAe cit si Sa secreta factori de aparare/virulenta si anume
  • 1. molecule care ii apara de celulele efectoare ale mecanismului imun innascut
  • 2. competitia pe obtinerea de nutrienti esentiali
  • 3. aderarea la suprafete
  • 4. diseminarea catre alte teritorii.

Relevanta clinica a acestor mecanime (desi certe si bine studiate in vitro) nu este clara. Dar ele pot fi importante in mecanismele de interactiune intre cele doua specii si pentru susceptibilitatea la antibioterapie.

Co-cultivarea Sa cu PsAe

Stafilococul produce factori de virulenta ca:

  • PVL sau LukSF sau Pnaton-Valentine leucocidine care este responsabila impreuna cu Hla de liza celulelor gazdei si producerea la aces nvel de necroze tisulare. In plamin se poate ajunge la penumonie hemoragica (ceea ce eu nu am vazut niciodat in 40 de ani).
  • Hla sau alfa hemolizina
  • SpA sau Proteina A stafilococica care este un factor de legare de membrane. Prin aderarea ceorpilor stafilococici la membranele PsAe acestia din urma sint partial inavtivati dar se ajunge si la inhibarea formarii biofilmului protector si a fagocitarii de catre neutrofile.

PsAe produce factori de virulenta ca

  • piocianina care interfera cu functii ale organismului gazda cum sint : transportul de electroni si respiratia, metabolismul energetic, expresia genica si mecanismul imun innascut.
  • elastaza care este o proteina cu spectru foarte larg (actioneaza pe elastina, colagen I si IV, laminina, IgA, IgG, complement, inhibitorul anti-proteinazic alfa1)
  • HQNO care inhiba respiratia celulara atit la gazda cit si la SA.
  • pioverdina, piochelina si ramnolipide.

Cum functioneaza acesti factori in vivo si cum influenteaza ei evolutia clinica este, in acest moment, o mare necunoscuta.

Interactiunea polimicrobiana influenteaza toleranta la antibioterpaie

PsAe infleunteaza raspunsul/adaptarea SA la antbioterpaie in diferite moduri si prin diferite molecule.

a. Prin inhibarea transportului de elctroni (prin HQNO si fenazine ) PsAe poate creste rezistenta SA la antibioticele specicifice (vancomicina, tobramicina, ciproloxacina).

b. Rhamnolipidele cresc preluarea si sensibilitatea SA la tobramicina.

Ca urmare, reactia la antibiotice poate varia in functie de asocierea florei existente. Mai mult, SA esta adaptat genetic ca in conditii de anaerobioza prelungita sa se adapteze prin selectarea de variante adaptate care sint SCV (small colony variant). Coloniile acestea de SA tolereaza hipoxia si se dezvolta lent in conditii de laborator ceea ce duce la identificarea proasta a germenelui dar si la rezitenta in fata PsAE si rezistenta la antbioterapie. Identificarea acestei variante de SA se asociaza cu o rapida alterare a funtiei pulmonare.

Interactiunile polimicrobiene pot influenta imunitatea gazdei

Lumenul cailor respiratorii din CF este caracterizat prin raspuns infamtor excesiv, sustinut, deominat d neutrofile care coreleaza strins cu progresia bolii. Exista studii care au evidentiat dereglari ale mediatorilor proinflamatori ca Il-17 si factorii pro-resolutin.

Din incubarea unor culturi de germeni cu celule de la gazda s-au descoperit urmatoarele:

  • SA suprima producerea de Il-8 la nvelul celulei epiteliale expuse la exoprodusii PsAe.
  • Exoprodusii SA inhiba fagocitarea de catre neutrofile a PsAe.
  • Plagile arse coninfectate cu ambii germeni se vindeca mai tirziu si prezinta o inflamatie mai ampla decit daca sint infectate cu doar unul dintre germeni.
  • Copii din studiul AREST-CF coinfectati prezentau o crestere semnificativa fata de martori a markerilor infamatori din BAL. Observatie confirmata si de un alt studiu cu alte coinfectii . Aceste observatii sustin mai degraba facptul ca fenomenul infamator este crescut de tip aditiv nu sinergic.

Concluzia acestor studii si observatii pune in evidenta dificultatile in evaluarea si studiul fenomenului.

Mecanisme de coexistenta

Ramine intrebarea: cum se face ca acesti doi germeni coexista desi intra in competitie in vitro.

Adaptarea microbiana

PsAe este cunoscuta prin faptul ca are o abilitate particulara de adaptare fenotipica si genetica in timpul infectiilor cronice. Daca aceasta adaptare survine ca raspuns la SA sau la un alt factor de presiune selectiva este o necunoscuta dar este clar ca ea exista in FC.
PsAe izolati tardiv in evolutia FC dau dovada de un comportament mai prietenos fata de SA manifestat prin reducerea producerii de QHNO (pina la nivele care permit supravietuirea SA). Situatia se rpeta la mono-infectia cronica cu PsAe unde culturile din probele recoltate tardiv in timpul evolutiei FC au efect asemenator asupra SA, virulenta PsAe fiind atenuata si pe alte linii secretorii.

Sint studii care au pus in evidenta ca germenii izolati mai tirziu in evolutia bolii prezinta modificari ale profilului metabolic (reducerea producerii de QHNO pentru PsAe sau cresterea productie de alginat pentru SA, modificarea producerii de antigen O si alte modificari mai putin sustinete de documente, pentru mai multe linii metabolice la ambele tipuri de germeni).

Factori  ai gazdei care influenteaza comportamentul si genetica bacteriene

Albumina umana ar putea inhiba activitatea antimicrobiana a PsAe si favoriza coexistenta cu SA. (ipoteza)

Expunerea PsAe la calprotectine (care cheleaza ionii de Fe) reduce productia acestuia de factori anti-stafilococici si favorizeaza coexsitenta. (exsita dovezi)

Organizarea spatiala a comunitatilor polimicrobiene in vivo (fourescenta) pe model murin. Coloniile de germeni coexita in stricta proximitate dar si cu alti germeni.

Aceste abordari sint inca la inceput si necsita mai  multe studii.

Concluzii si recomandari

A. Ce am invatat de la infectiile respiratorii polimicrobiene

  • Este necesara definirea precisa „infectiei polimicrobiene” pentru a se avansa in studiul problemei
  • Interactiunea dintre specii poate influenta evlolutia bolii, raspunsul la terapie si sanatatea pacientului
  • Interactiunile in vitro NU le refelcta totdeauna pe cele in vivo
  • Adaptarea bacteriana si diversificarea duc la aparitia unor comunitati dinamice de regmeni
  • Interatiuni complexe si antagonice pot predomina in anumite etape ale infectiei

B. Infectiile respiratorii polimicrobiene – citeva intrebari fara raspuns

  • Cum imfluenteaza interactiunile interspecii functia pulmonara si cum modifica diferitele terapii modifica aceste relatii
  • Care este dispoziti spatiala a comunitatilor bactereiene si cit de stabila sau dinamica este aceasta organizare spaiala
  • Interactiunile competitv/cooperative duc la efecte de excludere/favorizare in timpul infectiei
  • Cum influenteaza factorii gazdei (imunitate, etc) aceasta interaciune
  • Pot fi folosite aceste interactiuni in folosul bolnavului