Microarray-basierte Charakterisierung von Staphylococcus aureus- Isolaten aus Manhiça (Mosambik) und Münster (Deutschland)

Abstract

Staphylococcus aureus ist eines der führenden Pathogene weltweit und hat als opportunistischer Erreger die Fähigkeit zur Invasion und Kolonisation. In industrialisierten Regionen gibt es hierzu schon viele Daten, in Entwicklungsländern hingegen fehlen differenzierte Studien bislang. Ziel dieser prospektiven Querschnittsstudie war es daher strikt ambulant erworbene Staphylococcus aureus-Isolate in Mosambik und Deutschland unter kontrollierten, identischen Bedingungen zu gewinnen und zu analysieren. Zur Analyse wurde die Microarray-Technologie eingesetzt, mit der das gesamte Genrepertoire eines Bakterienisolats auf einmal untersucht werden kann, einschließlich Resistenzgenen, Virulenzgenen und klonaler Komplex-Zuordnung. Verglichen wurden diese Daten nicht nur zwischen Deutschland und Mosambik, sondern auch zwischen invasiven und kolonisierenden Bakterien. Einige klonale Komplexe waren in beiden Regionen häufig, also pandemisch (CC5, CC8, CC15), andere waren spezifisch für die eine oder andere Region. CC45 und CC30 zeigten eine europäische Dominanz, CC121, CC152 und CC88 hingegen eine afrikanische. Die Diversität der klonalen Komplexe überwog in Deutschland. Auffallend war die exorbitante Prädominanz des klonalen Komplexes CC121 mit 32% in Mosambik, sowie seine höchst signifikante Assoziation mit Invasivität. Resistenzgene wurden insgesamt häufiger in Mosambik nachgewiesen. Dies betraf die Gene, die Resistenzen gegen Betalaktame (blaZ: 90% vs. 69%), Erythromycin/Clindamycin (ermC: 27% vs. 6%), Tetrazyklin (tetK: 27% vs. 4,5%; tetM: 20% vs. 1%) und Fosfomycin (fosB: 72% vs. 54,5%) vermitteln. Lediglich ermA wurde häufiger in Deutschland detektiert (6% vs. 1%). Die MRSA-Prävalenz war mit 3% in beiden Regionen sehr gering. Auch das Vorkommen von Virulenzgenen überwog in Mosambik. sasG wies in Mosambik eine Assoziation zu Kolonisierung auf, egc zu Invasivität, beides war jedoch mutmaßlich durch Klonalität verzerrt. Darüber hinaus ließ sich der Kapseltyp 5 signifikant häufiger in invasiven Isolaten nachweisen, der Kapseltyp 8 dagegen in kolonisierenden. Das eindrücklichste Ergebnis dieser Arbeit war die Prädominanz von PVL in Mosambik (46,5% vs. 1,5%) und dort in invasiven Stämmen (54% vs. 39%). Es zeigte sich eine Korrelation von PVL und den charakteristisch afrikanischen klonalen Komplexen CC88 und insbesondere CC152. Um Krankheiten und deren Ausbreitung zu verstehen und effektiv zu behandeln ist es essentiell das Genrepertoire der Erreger zu kennen. Diese signifikanten geographischen Unterschiede in der Staphylococcus aureus-Population unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Forschung in ressourcenarmen Ländern über klassische Tropenkrankheiten hinaus

Staphylococcus aureus is one of the world's leading pathogens and as an opportunistic pathogen it has the ability for invasion or colonization. In industrialized regions a lot of data on this topic already exist, but in developing countries differentiated studies are missing so far. The aim of this prospective cross-sectional study was therefore to collect and analyze strictly community-acquired Staphylococcus aureus isolates in Mozambique and Germany under controlled, identical conditions. Microarray technology was used to analyze the entire gene repertoire of a bacterial isolate at once, including resistance genes, virulence genes and clonal complex assignment. These data were compared not only between Germany and Mozambique, but also between invasive and colonizing bacteria. Some clonal complexes were common in both regions, therefore pandemic (CC5, CC8, CC15), others were specific for one region or another. CC45 and CC30 were predominant in Europe, while CC121, CC152 and CC88 were predominant in Africa. The diversity of clonal complexes predominated in Germany. Striking was the exorbitant predominance of the clonal complex CC121 with 32% in Mozambique as well as its highly significant association with invasiveness. Resistance genes were detected more frequently in Mozambique. These were the genes conferring resistance against beta-lactams (blaZ: 90% vs. 69%), erythromycin/clindamycin (ermC: 27% vs. 6%), tetracycline (tetK: 27% vs. 4.5%; tetM: 20% vs. 1%) and fosfomycin (fosB: 72% vs. 54.5%). Only ermA was more common in Germany (6% vs. 1%). The MRSA prevalence was very low at 3% in both regions. The occurrence of virulence genes also predominated in Mozambique. sasG was associated with colonization in Mozambique, egc with invasiveness, but both were presumably biased by clonality. In addition, capsule type 5 was significantly more frequently detected in invasive isolates, whereas capsule type 8 was found in colonizing ones. The most impressive result of this study was the predominance of PVL in Mozambique (46,5% vs. 1,5%) and respectively in invasive diseases (54% vs. 39%). A correlation of PVL and the characteristic African clonal complexes CC88 and in particular CC152 was shown. In order to understand and effectively treat diseases and their spread, it is essential to know the gene repertoire of the pathogens. These significant geographical differences in the Staphylococcus aureus population underscore the need for further research in resource-poor countries beyond classical tropical diseases.