Пацієнт прибув до лікарні з тим, що було схоже на бактеріальну інфекцію. Але потім справи вийшли набагато серйознішими: у хворого розвинулася інфекція, що «їсть м’ясо», яка в кінцевому рахунку вимагала ампутації обох рук і обох ніг.
Що призвело до того, що інфекція вийшла з-під контролю? Виявилося, що це не зараження бактеріями одного типу, а скоріше перемелювання чотирьох різних штамів одного виду.
Зараз вчені точно знають, як ці бактеріальні штами працюють разом, щоб зруйнувати тканини в організмі, про що повідомляється в новому дослідженні. І результати можуть мати наслідки для лікування цих так званих "полімікробних" інфекцій.
У недавньому випадку доктор Ашок Чопра, професор мікробіології та імунології з медичного відділення Техаського університету, та його колеги знайшли чотири різних штами одного і того ж виду бактерій, відомий як Аеромона гідрофіла, у зараженого хворого. Разом мікроби розпочали атаку, більш смертельну, ніж будь-який окремий штам міг організувати окремо.
У дослідженні, опублікованому 11 листопада в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, можна стверджувати, що три бактеріальні штами дозволяють четвертому потрапляти в кров і відкладати тканини по всьому організму. A. гідрофіла є рідкісною причиною інфекцій, які харчуються м'ясом, але Чопра припускав, що інші бактерії, що харчуються м'ясом, такі як Кишкова паличка, може також використовувати подібну стратегію атаки. Однак, для того, щоб показати це, потрібно буде провести більше досліджень.
"Вони могли різними токсинами ... але вони можуть мати подібні" перехресні розмови "серед різних штамів", - сказав Чопра. "Зрештою, я бачу, що це має набагато ширший вплив на клінічні умови".
Кілька мікробів
Коли інфікованого пацієнта госпіталізували до лікарні, лікарі застосовували традиційну діагностику, щоб визначити, у чому винен збудник хвороби. Вони ідентифікували A. гідрофіла, Мікроб, який зазвичай зустрічається у прісноводних та солонистих середовищах, від озер до річок до питної води, згідно з клінічним довідковим сайтом UpToDate. При попаданні всередину зародок може викликати діарею або інфікувати м’які тканини в організмі. Але коли A. гідрофіла потрапляє у відкриту рану, може настати жахливе захворювання під назвою "некротизуючий фасціїт".
Рідкісна інфекція швидко проникає і вбиває сполучні тканини по всьому тілу, залишаючи уражену людину вразливою до недостатності органів і смерті, повідомляє Національна організація рідкісних розладів. Тілесну інфекцію необхідно швидко лікувати антибіотиками або хірургічним шляхом, як це було у пацієнта в новому дослідженні. Врешті-решт, лише чотириразова ампутація могла врятувати пацієнта від скажених мікробів.
Початковий діагноз пацієнта не виявив, чому інфекція сприйняла такий раптовий і смертельний виток. Традиційні діагностичні тести визначають різні види бактерій на основі білків та токсинів, які виробляють бактерії, пояснив Чопра, тому нюанс справи спочатку був пропущений. "Але якщо ви на рівні ДНК ... це зовсім інша історія", - сказав він.
У двох попередніх дослідженнях Чопра та його співавтори виділили з пацієнта бактеріальні зразки та проаналізували весь генетичний матеріал, що міститься в мікробах. Аналіз виявив чотири різних бактеріальних штами, іменовані як NF1 - 4, які разом спричинили майже смертельну інфекцію. Але помітно, що, працюючи ізольовано, жоден із чотирьох штамів не спричинив смертельну інфекцію на мишачих моделях. Щоб дізнатись, як мікроби взаємодіють, щоб викликати серйозну інфекцію, автори налаштували ДНК штамів бактерій та заразили мишачі моделі з декількома штамами одночасно. Змінюючи ДНК мікробів, вчені могли замінити арсенал вбивчих тканин кожного та визначити, яка зброя зробила змішану інфекцію настільки смертельною.
Виявляється, кожен бактеріальний штам має "різні арсенали для впливу на господаря", - сказав Чопра.
Три з чотирьох штамів, від NF2 до NF4, містять генетичні вказівки для отримання токсину під назвою екзотоксин А, або ExoA, який заважає інфікованим клітинам будувати нові білки. Ці три штами самостійно все ж руйнують м’язову тканину і отримують доступ до крові, але імунна система швидко виводить збудника з організму.
На противагу цьому, останній з чотирьох штамів, NF1, видається менш вразливим до імунної атаки, але не може придумати свій власний ExoA. Працюючи в самоті, мікроб залишається в значній мірі ізольованим поблизу місця зараження, перегородженого стінками м’язової тканини. Тут грає бактеріальна командна робота. При множинних штамах A. гідрофіла інфікуючи організм, штами, що продукують ExoA, руйнують м'язові перешкоди, дозволяючи NF1 йти на скакання "м'ясоїдним".
Цікаво, що три інші штами залишаються поблизу місця зараження, тоді як NF1 приймає лідируючі позиції та переливається через кров. Автори встановили, що NF1 насправді виробляє унікальний токсин, який вбиває не тільки тканини в організмі, але й інші штами A. гідрофіла; сам штам NF1 утримує антидот до власної саморобної отрути.
Краща діагностика?
Новий висновок може мати наслідки для пошуку нових інструментів діагностики мікробів, сказав Чопра. Коли лікарі думають про змішані інфекції, вони зазвичай думають про інфекції, спричинені двома або більше абсолютно різними бактеріальними видами, сказав він. Але нинішній випадок показує, що різні штами одного виду також можуть об'єднуватися, щоб викликати захворювання, і кожен штам може бути вразливим до різних видів лікування антибіотиками.
"Коли ми проводимо лікування певним антибіотиком, ми очищаємо організм з організму", - сказала у своїй заяві співавторка Ріта Колвелл, мікробіолог з університету Меріленда. "Але якщо є інший організм, який бере участь у інфекції, і це також патогенно, то будь-яке лікування антибіотиками, яке також не спрямоване на цей організм, може просто стати очисним ґрунтом для того, щоб він зростав як божевільний".
Хоча сьогодні рідко використовується для діагностики інфекцій, генетичні інструменти колись можуть виявитись корисними для характеристики складних бактеріальних інфекцій, спричинених більш ніж одним штамом бактерій, сказав Чопра.
Але не всі згодні з цим прогнозом.
"Я думаю, чи зміниться клінічне лікування некротизуючого фасциту? Не обов'язково", - сказав доктор Амеш Адалья, лікар та експерт з інфекційних хвороб університету Джона Хопкінса в Балтіморі, який не брав участі в дослідженні.
Оскільки некротизуючий фасціїт діє так швидко, до того часу, коли лікарі точно визначають кожен штам, що викликає інфекцію, може бути "занадто пізно, щоб змінити значення", - сказала Адала. Виявлення різних штамів може допомогти лікувати більш м'які захворювання A. гідрофіла інфекції, де певна комбінація бактерій може погіршити результат, сказав він. Але, як відомо, ці штами можна було помітити лише за допомогою "складних генетичних інструментів", які зазвичай не зустрічаються в клінічних умовах.
Тим не менш, дослідження з'ясовує шляхи, за якими множинні бактеріальні штами можуть зібратися, щоб поширитися в організмі, спричиняючи хаос, зазначив Адалья. Було б цікаво дослідити, чи застосовують більш поширені бактерії однакові стратегії для поширення інфекції в організмі, додав він.
