Pseudomonas aeruginosa zählt weltweit zu den wichtigsten nosokomialen Erregern und verursacht Pneumonien, Harnwegsinfektionen, Wundinfektionen und Sepsis. Besonders gefährdet sind immunsupprimierte Patienten sowie Personen auf Intensivstationen, wo der Erreger häufig persistiert und Therapieoptionen durch umfangreiche Resistenzmechanismen limitiert sind.
Da P. aeruginosa bei vulnerablen Patienten ein wichtiger Erreger nosokomialer Sepsis ist, besteht besonderes Interesse an der Frage, wie sich der Erreger zwischen anatomischen Nischen bewegt. Bislang lagen hierzu nur begrenzte systematische Daten vor. Frühere Einzelfallberichte deuteten an, dass P. aeruginosa zwischen anatomischen Standorten wechseln kann. Wie häufig solche Translokationen auftreten und welche Richtung sie bevorzugen, war allerdings unklar.
Diese Wissenslücke schließt eine in 'Nature Communications' veröffentlichte Studie unter Leitung des Wellcome Sanger Institute in Cambridge (Großbritannien), die metagenomische Sequenzdaten hospitalisierter Patienten aus italienischen Kliniken analysierte.
Offene Fragen zur Ausbreitung im Körper
Klinisch relevant ist insbesondere, ob Infektionen wiederholt aus dem Krankenhausumfeld erworben werden oder ob ein einzelner Klon innerhalb des Patienten persistiert und verschiedene Körperregionen besiedelt. Ebenso war ungeklärt, wo typischerweise die initiale Kolonisation beginnt und wie häufig eine translozierende Ausbreitung erfolgt.
Das internationale Forschungsteam untersuchte diese Fragen durch eine umfassende Analyse von Atemwegs- und Darmproben mit dem Ziel, innerhalb eines Patienten klonale Verwandtschaft, Translokationsraten und mutationale Anpassungen zu bestimmen.
Analyse von 256 Patientendaten
Die Kohorte umfasste 256 Krankenhauspatienten, bei denen respiratorische und gastrointestinale Proben sequenziert wurden. Aus 84 Patienten konnten vollständige P.-aeruginosa-Genome rekonstruiert werden. Bei 27 dieser Patienten fand sich derselbe Klon in mehreren Körperregionen.
Die Forscher nutzten phylogenomische Rekonstruktionsmethoden sowie simulationsbasierte Szenarien, um zwischen wiederholtem Erwerb aus dem Umfeld und echter innerhalb-des-Patienten-Translokation zu unterscheiden.
Zentrale Ergebnisse: Häufige Translokation von der Lunge zum Darm
Die Analyse zeigte, dass der überwiegende Teil der Mehrfachbefunde innerhalb eines Patienten auf die Ausbreitung eines einzelnen Klons zurückzuführen war. Simulationen ergaben, dass unabhängige Neuinfektionen aus dem Krankenhausumfeld die beobachteten Muster nicht erklären konnten.
Die rekonstruierten Stammbaumanalysen zeigten, dass die meisten Klone einen respiratorischen Ursprung hatten. Daraus ergab sich als wahrscheinlichste Bewegungsrichtung die Passage vom unteren Respirationstrakt in den Gastrointestinaltrakt.
Erstautor Lewis Fisher erklärt: „Wir stellten fest, dass die meisten Patienten in mehreren Proben denselben Stamm von P. aeruginosa aufwiesen. Dies zeigt, dass sich dieses Bakterium nach seiner Etablierung eher hartnäckig hält, anstatt durch Neuinfektionen verdrängt zu werden. Diese Persistenz hilft zu erklären, warum der Erreger im Krankenhausumfeld so schwer zu eliminieren ist.“
Nase als vorübergehender Besiedlungsort, Darm als persistentes Reservoir
Die Forscher fanden P. aeruginosa nie ausschließlich in Nasenabstrichen. Dies deutet darauf hin, dass die Nase kein stabiles Kolonisierungsreservoir darstellt, sondern eher einen Ort intermittierender Besiedlung. Dagegen konnte bei zehn Patienten eine anhaltende Darmkolonisation ohne gleichzeitigen respiratorischen Nachweis dokumentiert werden.
Da eine persistente Darmkolonisation als potenzielles Reservoir für systemische Infektionen gilt, besitzt die dokumentierte Lunge-zu-Darm-Translokation besondere klinische Relevanz – insbesondere vor dem Hintergrund bekannter Sepsisrisiken.
Häufige Resistenzmutationen und schnelle Anpassung im Patienten
Die Analyse der Varianten innerhalb eines Patienten offenbarte eine deutliche Anreicherung von Mutationen in Genen, die mit antimikrobieller Resistenz assoziiert sind – unabhängig davon, ob die Klone aus dem Darm oder der Lunge stammten.
„Wir beobachteten außerdem rasche genetische Veränderungen in AMR-Genen, unabhängig davon, wo sich das Bakterium im Körper befand. Dies verdeutlicht, wie schnell sich P. aeruginosa anpassen kann, was die Behandlung und Kontrolle auf Intensivstationen zunehmend erschwert“, erläutert Co-Autor Jukka Corander.
Fazit: Lunge-zu-Darm-Ausbreitung mit sepsisrelevanten Folgen
Die Studie zeigt, dass P. aeruginosa deutlich häufiger zwischen Körperregionen transloziert als bislang angenommen. Zwischen 50 % und 75 % der Mehrfachnachweise lassen sich durch intrapatientäre Translokation erklären. Die Daten legen nahe, dass eine respiratorische Kolonisation als Ausgangspunkt gilt, aus der sich eine persistente Darmkolonisation entwickeln kann, die bei vulnerablen Patienten mit einem erhöhten Risiko für eine vom Darm ausgehende Sepsis verbunden ist.
Weitere Studien sind erforderlich, um diagnostische Konzepte zur Detektion solcher Translokationen zu verbessern und potenzielle therapeutische Strategien zur Unterbrechung dieser Ausbreitungspfade zu entwickeln.
