Store Gram-negative stave og gastrointestinale infektioner

Transkript

1 Store Gram-negative stave og gastrointestinale infektioner UFFE B. Skov Sørensen Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet Aarhus Universitet Dias 1

2 Disposition 1. Kort om tarmens mikroflora 2. Kort om Enterobacteriaceae generelt 3. Kort om diverse enterobakterier 4. Specielt om colibakterier (Escherichia coli) med hovedvægt på virulensmekanismer 5. En kort pause 6. Specielt om Salmonella 7. Kort om andre vigtige gram-negative bakterier

3 The cecal appendix is a safe-house for symbiotic gut microbes The intestinal microflora

4 The intestinal microflora Anaerobe bakterier Stomach Small intestine Colon Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Duodenum Jejunum Ileum Dias 4

5 Glycoside hydrolases Bacteroides sp. Man 226 glycoside hydrolases 16 polysaccharide lyases 98 glycoside hydrolases 0 polysaccharide lyases The extra enzymes result in improved utilization of non-digestible food items such as different oligo- and polysaccharides (inulin, hemicellulose, pectin and others) Host-Bacterial Mutualism in the Human Intestine Bäckhed et al. Science 2005; 307: Dias 5

6 The intestinal microflora Gram-positive bacteria Anaerobe bakterier Enterobacteriaceae Stomach Small intestine Colon Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Duodenum Jejunum Ileum Dias 6

7 Morphology Large gram-negative rods EM Dias 7

8 Growth on blood agar plates Escherichia coli 8

9 Biochemical identification Carbohydrates After 18 hours at 36 o C fermentation ph drop Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 9

10 PCR analyse for virulensgener Positive Størrelses- Markør Negative PCR-produkt Dias 10

11 Enterobacteriaceae Relatively large bacteria size 2-5 µm Gram-negative red (Gram staining) Rods Growth Motility Identifikation long, parallel edges facultative anaerobic some have flagella (H-antigens) biochemical reactions, DNA-based techniques and serology Antigens O antigens (LPS) K antigens (capsules) H antigens (flagella) Dias 11

12 Gram negative rods Enterobacteriaceae: Klebsiella pneumoniae Others: Proteus mirabilis Shigella sonnei dysenteria Yersinia enterocolitica Escherichia coli Salmonella enterica (different serotypes) Pseudomonas aeruginosa 12

13 Infektioner forårsaget af Klebsiella pneumoniae Ubevægelig, har ofte en stor kapsel Sepsis Lungs: Pneumoni Normal flora Cystit

14 Infektioner forårsaget af Proteus sp. Sværmer, danner urease Sepsis Cystit

15 Infektioner forårsaget af Shigella sp. Lungs: Shigella sonnie Shigella boydii Shigella flexneri Shigella dysenteria (danner toksin) Colitis

16 Infektioner forårsaget af Yersinia enterocolitica Lungs: Levnedsmiddel bårne infektioner Yersinia enterocolitica kan vokse ved 5 o C og ved høj salt koncentration. (Andre arter: Yersinia pestis) Enterocolitis

17 Infektioner forårsaget af Escherichia coli Neonatal meningitis, (E. coli K1) Sepsis; bl.a UPEC Colitis; EHEC, EIEC Pyelonefritis; UPEC Enteritis; ETEC, EPEC Cystit, UPEC

18 E. Coli infektioner Ekstra intestinale patogene E. coli, urophatogenic ExPEC/UPEC: Endogene infektioner såsom urinvejs- infektioner ( ), sepsis og meningitis (4.000) Entero-toxigenic Enteropathogenic Verocytotoxinproducing EPEC: vandig diaré. Rammer ofte mindre børn under 1 år. (750) ETEC, vandig diaré, rejsediaré. Udbredt. Rammer børn og voksne (125) VTEC (EHEC), blodig diaré, HUS (90) Entero-invasive EIEC, blodig diaré. Se kun sjældent (5) Dias18

19 Escherichia coli (ExPEC) Blærebetændelse (cystit) Nyrebækkenbetændelse (pyelitis) ( ) Type 1 fimbriae 19

20 Colibakterier adhærerer til epithelceller bakterie Mikrovilli celle Cellekerne Humbert, J. et al Microsc. Res. Tech. 49: µm

21 Ekstra intestinale/ uropathogenic E. coli Cystitis 21

22 Bakteriæmi tilfælde * Stafylococcus aureus 16,6 % Hæmolytiske streptokokker 4,5 % Streptococcus pneumoniae 12,4 % Escherichia coli (ExPEC) 31,2 % Salmonella sp. 2,1 % Andre enterobakterier (Klebsiella, Proteus) 11,6 % Pseudomonas aeruginosa 2,4 % * Kun de hyppigste fund er anført Henrik C. Schønheyder, Ugeskrift for læger, 162/20:

23 Meningitis Dias 23

24 Enterotoxinogene Escherichia coli ETEC Dias 24

25 Fødevarebårent udbrud af ETEC og Salmonella EPI-nyt nr. 51, 2006 Dias 25

26 ETEC Enterotoksinogene E. coli rejsediaré Ses sjældent i Danmark, hvorfor? Infektiøs dosis ca bakterier Danner plasmidbetingede enterotoksiner, der virker på tyndtarmen 26

27 ETEC 27

28 ETEC = enterotoxigenic E. coli LT = labilt toxin, ST = stabilt toxin Cfa = Colonization factor antigen Cl - Na + Cfa N N 28

29 LT: Labilt toxin 5 binding subunits 1 active subunit Cl - Na + N 2 camp N 29

30 EPEC Enteropathogene Escherichia coli Dias 30

31 EPEC, enteropathogenic E. coli EPEC var tidligere en hyppig årsag til diaré hos børn i Danmark, men sygdommen ses nu sjældent. EPEC kan være årsag til diaré hos rejsende og disse infektioner forekommer ofte blandt børn i udviklingslande. 31

32 Bundel forming pili Dias 32

33 EPEC enteropathogenic E. coli BfpA = bundel forming pilus Cl - Na + Intimin 1 N 2 N TIR 3 N Cytoskelet 33

34 EPEC enteropathogenic E. coli Bakterier Fluorescens-mærket på celleoverflade actin Colibakterierne hæfter sig på overfladen, hvorefter cellernes cyto-skelet rearrangeres 34

35 EPEC, enteropathogenic E. coli

36 EPEC enteropathogenic E. coli Bakterierne sidder på sokler (pedestals), der er dannet på cellens overflade Attaching and effacing lesion A/EEC Attaching and effacing E. coli Dias 36

37 VTEC Vero cytotoxin producing Escherichia coil Enterohemorrhagic E.coli EHEC Dias 37

38 EHEC Enterohemorrhagic Escherichia coli VT = Vero cytotoxin = Shiga-like toxin Blodig diaré Hyppigste årsag til akut nyresvigt hos børn under 15 år. 38

39 Udbrud af VTEC forårsaget af oksespegepølse Udbrud registreret marts 2007 Primær tilfælde Sekundær tilfælde EPI-Nyt, uge 16, 2007 Dias 39

40

41 EHEC (Enterohemorrhagic E. coli) VT = Vero cytotoxin = Shiga-like toxin = Stx (1 og 2) Intimin / TIR 1. Hæmning af optagelsen af Na-ioner diaré 2. Celledrab ved hæmning af proteinsyntesten Stx N 1. Hæmoragisk colitis 2. HUS: Hæmolytisk uræmisk syndrom 3. TTP: Trombotisk trombocytopenisk purpura Blodig diaré og akut nyresvigt hos småbørn 41

42 42

43 EAEC Entero-aggregative Escherichia coli Dias 43

44 EAEC Stacked-brick formation Aggregative adhesion Dias 44

45 Enteroinvasive Escherichia coli EIEC Dias 45

46 EIEC, enteroinvasive E. coli 46

47 EIEC = enteroinvasive E. coli Adhesion Endocytose Destruktion af celleoverfladen Translokation 1 2 N N 3 N Cytoskelet 47

48 Gram negative rods Enterobacteriaceae: Klebsiella pneumoniae Others: Proteus mirabilis Shigella sonnei dysenteria Yersinia enterocolitica Escherichia coli Salmonella enterica (different serotypes) Pseudomonas aeruginosa 48

49 Number of Salmomella cases EPI-Nyt Uge 12, 2010 Dias 49

50 Forebyggelse og bekæmpelse af Salmonella Dias 50

51 Salmonella enterica; serotyper ca. 50% ca. 20% ca. 30% Zooonoser: dvs. sygdomme der overføres fra dyr til mennesker Hyppigst forekommende salmonella-serotyper,

52 Serologisk typning Antiserum O (LPS) K (kapsel) Agglutination H (flagel) Dias 52

53 Reported cases of human Salmonellalosis in Denmark, S. enterica Enteritidis S. enterica Thypimurium Dias 53

54 Trends and sources of human Salmonellosis in Denmark, Dias 54

55 146 registerede tilfælde pr personer, svarende tilfælde af gastroenteritis pr. år. Samfundsomkostningerne anslås til at være på mio. Kr. Seneste udbrud af U292 med 1200 registrerede tilfælde i

56 Age specific incidence of Salmonella sp. Number per 10 5 Denmark Salmonella enteritidis Salmonella typhimurium < > 65 Dias 56

57 Sygehistorie 1 57

58 Sygehistorie 1 I løbet af sommeren (2003) har der været et stort udbrud forårsaget af multiresistente Salmonella Typhimurium. Kilden til udbruddet blev sporet til en restaurant på Bakken, hvor hovedattraktionen var tag-selv buffet. Hvad kunderne imidlertid ikke viste var, at buffeten var krydret med Salmonella. Danmarks Fødevare Forskning, august 2003 Dias 58

59 Der blev fundet S. Typhimurium (og koliforme bakterier) i to dele af buffeten; pasta og blandet salat. 67 patienter blev fundet smittet med samme Salmonella stamme. De havde alle spist på samme restaurant inden for en tre ugers periode. Stammen blev også fundet i afføringsprøve fra en køkkenmedarbejder. Der blev ikke konstateret fejl restaurantens almindelige procedure. Årsagen til udbruddet skyldes formentlig at den ansatte udskilte bakterien og forurenede maden. Dette understreger vigtigheden hyppig og grundig vask af hænder når man håndtere madvarer. Danmarks Fødevare Forskning, august 2003 Dias 59

60 Sygehistorie 1 (fortsat) Ud fra attack rate skønnes mere end 400 at være smittet. Inkubationsperiode var 4 dage (median) til 27 dage (maks.). 1/3 patienter blev indlagt. Dias 60

61 Levnedsmiddelbåren sygdomme er individuelt anmeldelsespligtige of Salmonella Dias 61

62 Individually notifiable diseases Disease Food-borne diseases Shigella dysenteria VETEC (EHEC) HUS, clinical 5 1 S. paratyphi S. typhi EPI-Nyt uge 13

63 Sygehistorie 2 Den 2. januar 2000 fik embedslægeinstitutionen i Vejle Amt en henvendelse i anledningen af to uventede dødsfald blandt personer fra samme familie. Den første patient, en 44 årig mand, udviklede den gastro-enteritidis med kraftig diaré, opkastninger, mavesmerter, og feber. Symptomerne fortsatte frem til den 31.12, hvor patienten efter kortvarigt tilfælde med åndenød fik hjertestop. Den anden patient havde et kortere sygdomsforløb. Det drejer sig om den første patients 18-årige søn, som nytårsnat fik opkastninger og nytårsdag diaré samt feber. Ca. 26 timer efter faderens dødsfald blev sønnen bevidstløs og indbragt død til sygehuset. Dias 63

64 Sygehistorie 2 (fortsat) Prøver udtaget ved medico-legalt ligsyn viste vækst af Salmonella enteritidis fra både fæces og blod. Det vurderes, at en kage fremstillet af rå æg, som familien havde spist mellem jul og nytår, er den mest sandsynlige kilde til udbruddet. Ubehandlet salmonella-sepsis har en letalitet på omkring 25%. EPI-nyt Uge 1, 2000 Dias 64

65 Infection risk virulence x dosis Infection = resistance in the host e.g. The infective dose for zoonotic Salmonella is higher than 10 5 CFU but it is approximately 10 CFU for S. Typhi Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 65

66 M-celle Lamina propria Dias 66

67 Dias 67

68 Salmonella typhimurium Deformeret celleoverflade Vakuole med bakterie Dias 68

69 Dias 69

70

71 LPS = endotoksin LPS er en bestanddel af de Gram-negative bakteriers ydre membran LPS består af en ikke toksisk sukkerdel, og af en toksisk lipiddel (lipid A) LPS optages af LPS-bindende protein og bindes til CD14 og til TLR4 på makrofager m.v. LPS kan aktivere complementsystemet, stimulere B- celler, aktivere makrofager, stimulere frigørelsen af cytokiner og meget mere LPS kan selv i små mængder (0,1 ug) give høj feber, mens større mængder kan udløse shock Dias 71

72 LPS og TLR4 Institut for Medicinsk Mikrobiologi og E.S. Van Armersfoort et al, Clin. Immunologi, Microbiol. Aarhus Rev. Universitet 16,3: Dias 72

73 LPS is recognized by LPSbinding protein (LBP) and activates macrophages and neutrophile granolycytes through the CD14 receptor and TLR4 LPS = endotoxin = lipopolysaccharide 73

74 LPS fortsat 1. Feber; TNF-α IL-1 (IL6) m.fl. Komplementkaskade aktiveres 2. Hypovolæmisk shock (dilatation af blodkar) 3. Leucopeni leucocytose 4. Dissemineret intravaskulær koagulation Aktivering af koagulationskaskaden 5. Blødningstendens (purpura) blodplader og fibrinogen 6. Multiorgansvigt 7. Død 74

75 Inddeling af Salmonella Art: Salmonella enterica Serotyperne: Typhimurium, Enteritidis m.fl. overføres fra dyr (zoonoser) Serotyperne: Typhi og Paratyphi er strikt humane Dansk tyfus (plettyfus) Engelsk enteric fever typhoid fever (typhus) 75

76 Sygehistorie 4 Typhoid Mary Mary tilbragte 26 år af sit liv i isolation på North River Island hospital. Marys forbrydelse var, at hun var asymptomatisk bærer af Salmonella typhi Mellem 1900 og 1907 havde hun smittet 22 personer, hvoraf en døde. Hun fik fængsel i tre år. Trods forbud fortsatte Mary med at arbejde som kok, hvorved 25 flere fik tyfus, to døde. Mary blev interneret yderligere 23 år til hun døde i

77 Salmonella enterica Typhi and Paratyphi

78 Diaré, blødning, perforation Tyfus Inflamation, sårdannelse Galde Indtagelse af Salmonella typhi tyndtarm M-celler Lymfe Kronisk bærertilsand (som Mary) Galdeblærer Lymfeknuder Feber, andre organer angribes symptomer Septikemi inkubationstid Makrofager, lever, milt, benmarv Forbigående bakteriæmi 78

79 Gram negative rods Enterobacteriaceae: Klebsiella pneumoniae Others: Proteus mirabilis Shigella sonnei dysenteria Yersinia enterocolitica Escherichia coli Salmonella enterica (different serotypes) Campylobacter jejuni Pseudomonas aeruginosa 79

80 Zoonotic infections in Denmark, Antal registrerede tilfælde År Dias 80

81 Campylobacter jejuni Gramnegativ krum eller spiralformet stav Dias 81

82 Campylobacter in broilers and number of human cases % positive chicken flocks Number of human cases Dias 82

83 Pseudomonas aeruginosa Dias 83

84 Pseudomonas aeruginosa Stor Gram-negativ stav Aerob Bevægelig Danner farvede pigmenter Miljøbakterie, opportunistisk patogen 84

85 Pseudomonas aeruginosa Ofte resistent overfor flere antibiotika Resistent over for dissenfektion Lungeinfektioner (f.eks. ved cystisk fibrose), sårinfektioner (brandsår), øjninfektioner, blodforgiftning, endocarditis m.v. 85

86 Pseudomonas aeruginosa folliculitis 86

87 Pseudomonas aeruginosa otitis externa, swimmer s ear 87

88 Pseudomonas aeruginosa ecthyma gangrenosum 88

89 Brandsårsinfektion med Pseudomonas aeroginosa Medical Microbiology, 5th. Ed, Murray

90 Pseudomonas aeruginosa Alginat Endotoksin, lipaser, proteaser, toksiner, polysakkarid (alginat), resistente Traumer, hornhindebetændelse, brandsår, keratitis, pneumoni (cystisk fibrose), sepsis m.v. 90