Freund oder Feind commensale oder pathogene Bakterien

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1 11. Februar 2016 Wound Specialist Day UniversitätsSpital Zürich Freund oder Feind commensale oder pathogene Bakterien Annelies S Zinkernagel Division of Infectious Diseases & Hospital Epidemiology University Hospital Zurich Switzerland

2 Wer sind wir? Vor Geburt: 100% eigene Zelle Ab Geburt: >10 Bakterien / 1 eigene Zelle >2kg Bakterien Wir sind nie alleine

3 Superorganismus Mensch = Eigene Zellen + Diverse Population Bakterien und Pilzen

4 Bakterielle Flora Globolab Bakterien Haut: 100, Darm: 500 Ökosystem funktionale Wechselwirkung Mensch: Lebensraum, Nahrung, Transmission Bakterien

5 Healthy Individual -Microbiom Firmicutes Bacteroidetes 2011 NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY

6 Healthy Individual -Microbiom Wirtsfaktoren Umweltfaktoren 2011 NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY

7 Ökosystem Gesundes Indiviuum Commensals - Digestion - Vitamin production - Space holder HOST Innate Resistance BAKTERIEN

8 Bakterielle Flora Fehlen: Infekte (Pilze und Bakterien) Verdauungsprobleme

9 Freund oder Feind? Commensals - Digestion - Vitamin production - Space holder BACTERIA Commensal wright place Pathogen wrong place virulence factors HOST Innate Resistance Pathogens - Virulence - Factors

10 Freund Feind Haustier Darmflora - Platzhalter - Vitaminproduktion - Verdauung Escherichia coli

11 Commensals- Pathogens Haustier Darmflora - Platzhalter - Vitaminproduktion - Verdauung Nutztier im Labor -Clonieren -Proteinproduktion Escherichia coli

12 Commensals- Pathogens Freund Darmflora - Platzhalter - Vitaminproduktion - Verdauung Feind Darmflora am falschen Ort - Harnblase: Harnwegsinfektion Escherichia coli

13 Commensals- Pathogens Freund Darmflora - Platzhalter - Vitaminproduktion - Verdauung Feind Darmflora am falschen Ort - Harnblase: Harnwegsinfektion Virulenz Faktoren - EHEC killer strain EHEC Serotyp O104:H4 Enterohämorrhagische E.Coli = Darmblutungen auslösende Koli-Bakterien

14 LOCATION Freund Darmflora - Platzhalter - Vitaminproduktion - Verdauung Politikum Darmflora am falschen Ort - auf Gurken: Massenhysterie Virulenz Faktoren - EHEC

15 LOCATION Saatgut Boxhornkleesamen (Trigonella foenugraeci) Roh verzerrt Sprossen 4KBE/kg

16 Commensals- Pathogens Commensals - Digestion - Vitamin production - Space holder BACTERIA Commensal wright place Pathogen wrong place virulence factors HOST Innate Resistance Pathogens - Virulence - Factors Group A Streptococcus

17 Freund- Feind Kolonization 15-20% Kinder 1-2% Erwachsene Seit 1980: weltweite Zunahme der invasiven Infekte

18 Invasive GAS disease increasing Eurosurveillance 2013

19 Carapetis et al., 2005 Gruppe A Streptokokken Häufiges human Pathogen Todesfälle (1000)

20 Bakteriophagen infizieren Bakterien

21 Zunahme von schweren Infektionen Gruppe A Streptokokken vor 1980 Gruppe A Streptokokken nach 1980 J Inf Dis

22 Pharyngitis Commensal misbehaving Carriage rates % in children, 1-2% adults Necrotizing fasciitis Global burden of disease / year: million pharyngitis (strep throat) - 663,000 invasive infections 163,000 deaths - 282,000 non suppurative sequelae prevalence: 15.6 million 233,000 deaths/year

23 PLOS Pathogens 2006 Freund- Feind

24 Necrotizing Fasciitis Hidalgo-Grass et al. Lancet 2004 Paucity of neutrophils relative to the large number of invading bacteria.

25 Kolonisierende versus invasive Bakterien IL-8 PLOS Pathogens 2006 IL8 Protease

26 IL8 Protease verhindert Zell Migration in vitro. IL8 Protease nicht exprimiert IL8 Protease exprimiert Transmigrierte Neutrophile [Zellzahl x 10 4 / ml] Positive Kontrolle (IL-8) P = 0.04 P < WT GAS Vektor cepa Mutante + pcepa Cell Host Microbe

27 M Protein AlIergy Clin Immunol

28 Hausteufel im Schafspelz Bindet Fibrinogen Wirtprotein

29 Know your enemy J AlIergy Clin Immunol

30 Therapeutic options Commensals - Digestion - Vitamin production - Space holder Pathogens - Virulence - Factors PATHOGEN Kill: Antibiotics Disarm the pathogens: Inhibition of bacterial virulence factors

31 Evolution of Resistance Antibiotic resistance threats, CDC 2013

32 Evolution of new Antibiotics Oxazolidinones Lipopeptides

33 Therapy Kill bacteria 1. Penicillin 2. Protein synthesis inhibitor Reduce bacterial burden Surgery - debridement

34 Inhibition der Virulenzfaktoren? Kill bacteria 1. Penicillin 2. Protein synthesis inhibitor Reduction of VF activity 1. Aktive immunization 2. Passive immunization (Immunglobulin) Reduce bacterial burden Surgery: debridement

35 Endogene vs exogene Infektionen Swissnoso Bulletin

36 Pathogene Swissnoso Bulletin

37 Staphylococcus aureus Gram positive bacteria Hemolytic, pigmentation, coagulase, catalase and deoxyribonuclease positive 30% colonization Wertheim et al., 2005

38 Staphylococcus aureus 30% colonization Nares, axillae, vagina, pharynx, damaged skin surfaces colonized Protection from Staphylococcal Toxic Shock Syndrome Increased risk for subsequent infections Abscesses, Osteomyelitis, Endocarditis, Sepsis Wertheim et al., 2005

39 Trends Increase in S.aureus infections over the last 20 years // use of intravascular devices Increase in the proportion of methicillin resistant S.aureus infections over the last 20 years // AB use

40 Worldwide Prevalence of MRSA Grundmann, Lancet 2006

41 USZ Smaller size of SCC IV makes it more easily mobilized for transfer to other strains by a bacteriophage 1,2 Replicates more rapidly than HA MRSA in vitro 3 Acquired a gene cluster from S. epidermidis that enhances skin colonization and survival Arginine Catabolic Mobile Element (ACME) 4 1. Ma XX, et al. AAC. 2002;46: Shukla SK. Clin Med Res. 2005;3: Deresinski S. CID. 2005;40: Seidl K., et al.

42 Therapeutic options HOST PATHOGEN SiecheHuus / Sanatorium Surgery Decolonise Lower immunsuppression Vaccination

43 Impfungen Effizienteste Lösung Prävention Bakterielle Flora bleibt erhalten Eurosurveillance 2013 Problem: Keine Impfung für S.aureus und Gruppe A Streptokekken Influenza

44 S.aureus Resistances Penicillin (1941) moments to get first resistant strain 2010: 92-97% of isolates are resistant to penicillin

45 Antibiotika Sehr effizient Nicht selektiv bakterielle Flora Pathogen Freisetzung von Toxinen (EHEC) Bioverfügbarkeit Resistenzentwicklung

46 Therapeutic options HOST PATHOGEN Kill: Antibiotics Disarm the pathogens: Inhibition of bacterial virulence factors

47 Inhibition of S. aureus Nuc1 activity CLI and by IG control wt wt + CLI wt + IG Schilcher K et al., Journal Infectious Diseases 2014 Schilcher K et al., Journal Infectious Diseases 2014

48 Therapy invasive GAS + S.aureus HOST PATHOGEN SiecheHuus / Sanatorium Surgery Lower immunsuppression Decolonise Vaccination Kill: Antibiotics Disarm the Pathogens: Inhibition of bacterial virulence factors

49 Zusammenfassung Freund und Feind Commensale - Pathogene Invasive Gram positive Infektionen: Problem GAS: Zunahme der invasiven Erkrankung NF: Rapid progressive Erkrankung Lethalität ~35% S.aureus: Resistenz Know your enemy M protein, IL-8 protease Prävention Therapie der bakteriellen Infektionen 1. Kill: Antibiotika 2. Disarm the pathogen : Inhibition der bakteriellen Virulenzfaktoren

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