Biofilmer och främmandekroppsinfektioner Åsa Melhus IMV/Sektionen för klinisk bakteriologi [email protected] 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 Öra Ögonbryn Längst ut på penis Yttre blygdläpp Läpp Navel Bröstvårta Pung Tunga 2-6 V 6-8 V 6-8 V 3-9 mån 2-4 mån 6-8 V Upp till 9 mån 2-4 mån 2-3 mån 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, desinfektionsmedel, 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