Bacteriën & Virulentie: Verdieping ZSO

ZSO Verdieping bacteriën & virulentie

• De student kan de klinische indeling van bacteriën toepassen.
• Kolonisatie en infectie door bacteriën kunnen onderscheiden worden.
• Het begrip virulentie kan uitgelegd worden.
• Virulentiefactoren kunnen gecategoriseerd worden.
• Uitgelegd kan worden hoe virulentiefactoren onderdeel zijn van de pathogenese van infectieuze ziektebeelden.
• De samenhang tussen virulentiefactoren, diagnose en behandeling kan worden aangegeven.

Introductie bacteriën en virulentie

• Extremophiles zijn bacteriën en schimmels die onder extreme omstandigheden kunnen overleven.
• Er zijn twee strategieën van bacteriën in het lichaam: biofilmvorming en virulentiefactoren.
• Biofilm-vorming is geen tentamenstof.

Indeling van bacteriën

• Bacteriën kunnen op vier manieren ingedeeld worden: gramkleuring, vorm, rangschikking en metabolisme.
• Gramkleuring: positief (paars) of negatief (rood/roze).
• Vorm: kok of staaf.
• Rangschikking: ketens of tros.
• Metabolisme: facultatief, strikt aëroob/non-fermenters, of anaëroob.
• Anaerobe bacteriën vereisen luchtdichte potten en reagentia bij het kweken om zuurstof te vermijden.

Virulentie

• Virulentie is de mate waarin een bacterie ziekte kan veroorzaken.
• Er zijn 3 (drie) categorieën van virulentiefactoren bij infectieuze huidbeelden: exotoxinen, endotoxinen, en enzymen.

Exotoxines

• Exotoxines zijn eiwitten geproduceerd in pathogene bacteriën, die na lysis geëxocyteerd worden.
• Ze komen voornamelijk voor in grampositieve bacteriën.
• Exotoxines verlaten de bacterie om elders ziekte te veroorzaken, waardoor de locatie van infectie en lokalisatie van het ziektebeeld niet overeen hoeven te komen.
• Indeling in 3 groepen: cytolytische exotoxines, superantigeen exotoxines, en AB type exotoxines.
• Cytolytische exotoxines beschadigen het celmembraan van de gastheercel.
• Superantigeen exotoxines veroorzaken een buitenproportioneel sterke inflammatie, wat kan leiden tot shock.
• AB type exotoxines zijn complexe toxines die intra-/extracellulaire pathways of proteïne syntese verstoren.
• Ze grijpen aan op specifieke receptoren/enzymen en verstoren zo de functies van weefsel.
• Kenmerken: ze kunnen heftige ziekte veroorzaken, sommige zijn hittestabiel, en ze zijn sterk immuunogeen.
• Op exotoxines maakt het lichaam antistoffen.

Endotoxines

• Endotoxines zijn intrinsieke onderdelen van de bacterie die bijdragen aan de ziektemakend potentieel.
• Toxines bevinden zich daar waar de bacterie zich bevindt en komen vrij bij het uiteenvallen van de celwand, wanneer de bacterie sterft.
• Het bekendste voorbeeld is LPS (lipopolysacharide).
• Zeer pyrogene (koortsverwekkende) verbinding en leidt tot een systemische inflammatie met vrijkomen van cytokines in de circulatie.
• Kenmerkend: septische shock (koorts, algehele malaise, hypotensie en orgaanfalen).
• Bestanddeel celwand Gramnegatieve bacteriën

Enzymen

• Enzymen worden geproduceerd door bacteriën met verschillende doelen:
  • Afbraak van weefsels voor het doorbreken van barrières.
  • Afbraak van weefsels voor het verkrijgen van voedingsstoffen.
  • Afbraak van componenten van het afweersysteem (bijv. antistoffen).
• Omdat enzymen uitgescheden worden, zijn dit eigenlijk ook gewoon exotoxines.

Virulentiefactoren Staph. aureus

• S. aureus heeft verschillende virulentiefactoren.
• Linksonder in de afbeelding: exotoxines, uitgescheden door de bacterie.
• Rechts in de afbeelding: enzymen.
• Coagulase: omzetting van fibrinogeen naar fibrine.
• Hyaluronidase: zorgt ervoor dat een bacterie gemakkelijker door een weefsel heen komt.
• Niet elke S. aureus bacterie is in staat elk van deze toxines te produceren.

Kolonisatie/infectie

• Als bacteriën koloniseren in een niche op het lichaam zonder infectie te veroorzaken zijn ze commensaal.
• Als een bacterie zich invasief gaat gedragen en virulentiefactoren tot uiting brengt, is het een infectie.
• Voordat een bacterie een infectie kan veroorzaken, moeten er een aantal stappen worden doorlopen:
  • Expositie.
  • Adhesie: de bacterie moet in staat zijn om zich te handhaven in een nieuwe omgeving.
  • Invasie: de bacterie doorbreekt natuurlijke barrières en wordt invasief.
  • Replicatie: groei van de bacterie in het weefsel.
  • Weefselschade -> infectie.
• Bepaalde patiëntgebonden (constitutionele) factoren kunnen iemand meer/minder vatbaar maken voor een infectie.
• Infectie wordt bevorderd door: adhesiefactoren, enzymen, exotoxines en endotoxines.
• Constitutie/afweer wordt geremd door: onderbroken barrière, diabetes mellitus, obesitas/chronische oedemen, inadequate weefselperfusie en immuundeficiëntie.

Klinisch S. aureus

• Staphylococcus aureus is een Grampositieve kok (in tros).
• Het wordt vaak gevonden op overgangen van huid naar slijmvlies (anus/perineum, neus en keel).
• Coagulase is een belangrijke virulentiefactor van S. aureus.
• Onderscheidt zich hierdoor van coagulase negatieve stafylokokken die niet als virulent worden beschouwd -> gebruik virulentiefactor voor classificatie bacterie.

SSSS (staphylococcal Scalded Skin Syndrome)

• Dit ziektebeeld wordt veroorzaakt door het SSSS-toxine, uitgescheiden door de S. aureus bacterie.
• Deze toxine is een protease die een component van desmosomen kan afbreken.
• Desmosomen zorgen voor de onderlinge binding van epitheelcellen en zijn dus deels verantwoordelijk voor de structurele integriteit van de huid.
• Klinisch beeld: loslating van de huid onder de hoornlaag (in stratum granulosum) -> blaarvorming (vandaar vaak exfoliatieve toxines genoemd).
• De kweek kan negatief zijn als je deze afneemt op de plek van de laesie.
• Dit komt omdat dit proces (via een endo)toxine gemedieerd is: de toxines kunnen via de circulatie naar andere locaties gaan, waardoor de bacterie zich niet in de laesie hoeft te bevinden.

S. aureus en gastro-enteritis

• S. aureus kan enterotoxines produceren (Staphylococcal enterotoxines -> SE's).
• Enterotoxines zijn verbindingen die hittestabiel zijn, waardoor ze ook pathogeen kunnen blijven in verhit voedsel.
• De toxine is resistent voor het zure milieu van de maag.
• Toxine-gemedieerde gastro-enteritis staat erom bekend om snel (30 min – 3 uur) na inname van de toxine een heftige reactie te veroorzaken.
• Omdat de toxine direct het ziektebeeld veroorzaakt, is er geen incubatietijd nodig voor bacteriële groei.
• De toxine fungeert als superantigeen, waarbij het een binding tussen afweercellen bewerkstelligt en zo inflammatie en weefseldysfunctie veroorzaakt.

Toxic shock syndrome toxine (TSST-1)

• Geproduceerd door S. aureus.
• Het is een superantigeen en een veroorzaker van het toxische shock syndroom.
• Het superantigeen beperkt zich niet tot een orgaanstelsel (tractus) maar leidt tot systemische ziekte in de vorm van shock.
• Bloedkweken kunnen negatief zijn door afwezigheid van bacteriën, maar wel een heftige infectie met toxineproductie.

Klinisch S. pyogenes

• Dit is een grampositieve bacterie die zich bij asymptomatisch dragerschap in de keel bevindt.
• Bij een bloedagarkweek kun je ze onderscheiden door een doorzichtige kring om de bacteriën heen, omdat ze in staat zijn tot B-hemolyse (rode bloedcellen volledig afbreken).

Faryngitis (en tonsilitis)

• Normaal verblijft de bacterie in de keel zonder ziekte te veroorzaken, maar kan zich wel invasief gaan gedragen en een infectie veroorzaken.
• Faryngitis en tonsillitis behoeven in principe geen behandeling, omdat ze een 'self-limiting' karakter hebben.
• Bij gecompliceerd beloop, zoals een peritonsillair abces, moet wel worden gehandeld.

Fasciitis necroticans

• Dit is een ernstige wekedelen infectie waarbij de bacterie zich onderhuids langs onderhuids bindweefsel verder verspreidt.
• Dit is een spoedindicatie voor chirurgie voor het verrichten van een debridement (verwijderen van al het necrotische weefsel) om de source control te verkrijgen.
• Het verlaagt de bacteriële load.
• Als een bacteriële infectie zich kan handhaven in een empyeem, abces of een overvloed aan geïnfecteerd weefsel, zal de infectie voorduren ondanks antibiotica.
• Afname perioperatieve kweken, dit zijn kweken die de chirurg tijdens de operatie kan afnemen.
• Ook bij dit ziektebeeld zijn virulentiefactoren betrokken.
• Een voorbeeld hiervan is hyaluronidase:
  • Hyaluronzuur is een component van het onderhuids bindweefsel, dat door hyaluronidase afgebroken kan worden om de infectie verder te verspreiden.
• Virulentiefactoren kunnen ook een aangrijpingspunt zijn voor behandeling.
• Faciitis necroticans wordt behandeld met dubbeltherapie (benzylpenicilline en clindamycine).
• Penicilline: dit is een beta-lactam die aangrijpt op de celwandsynthese.
• Clindamycine: grijpt aan op het bacteriële ribosoom en remt de bacteriële proteïnesynthese.

S. pyogenes en S. aureus

• Als hyaluronzuur is afgebroken door hyaluronidase kan S.pyogenes verder het weefsel in.
• Combineer dit met de mogelijkheid van S. aureus om coagulase te produceren, dan heet S.pyogenes een nog grotere kan som in de bloedstroom te komen en zich verder te verspreiden.