Pasienten ankom sykehuset med det som så ut som en bakterieinfeksjon. Men så ble ting mye mer alvorlig: Pasienten utviklet en "kjøttspisende" infeksjon som til slutt krevde amputasjon av begge armer og begge ben.
Hva fikk infeksjonen til å spinne ut av kontroll? Det viste seg at det ikke var en infeksjon med en eneste type bakterier, men snarere en mashup av fire forskjellige stammer av samme art.
Nå vet forskere nøyaktig hvordan disse bakteriestammene fungerer sammen for å desimere vev i kroppen, som rapportert i en ny studie. Og funnene kan ha implikasjoner for behandling av disse såkalte "polymikrobielle" infeksjonene.
I det nylige tilfellet fant Dr. Ashok Chopra, en professor i mikrobiologi og immunologi ved University of Texas Medical Branch og hans kolleger fire distinkte stammer av samme bakterieart, kjent som Aeromonas hydrophila, hos den infiserte pasienten. Sammen lanserte mikroberne et angrep mer dødelig enn noen individuell belastning kunne ha orkestrert alene.
Studien, publisert 11. november i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, antyder at tre av bakteriestammene lar den fjerde komme inn i blodomløpet og legge avfall til vev i hele kroppen. A. hydrophila er en sjelden årsak til kjøttspisende infeksjoner, men Chopra spekulerte i at andre kjøttspisende bakterier, som E coli, kan også bruke en lignende angrepsstrategi. Imidlertid vil det være behov for mer forskning for å vise dette, sa han.
"De kunne forskjellige giftstoffer ... men de kan ha lignende 'kryss-snakk' blant forskjellige stammer," sa Chopra. "På slutten av dagen ser jeg at dette har mye større konsekvenser i kliniske omgivelser."
Flere mikrober
Da den smittede pasienten ble innlagt på sykehuset, brukte legene tradisjonell diagnostikk for å avgjøre hvilket patogen som var skylden. De identifiserte seg A. hydrophila, en mikrob som ofte finnes i ferskvanns- og brakkmiljøer, fra innsjøer til elver til drikkevann, ifølge det kliniske referansestedet UpToDate. Ved inntak kan bakterien forårsake diaré eller infisere mykt vev i kroppen. Men når A. hydrophila kommer inn i et åpent sår, det kan oppstå en grufull sykdom som kalles "nekrotiserende fasciitt".
Den sjeldne infeksjonen kommer raskt inn og dreper bindevev i hele kroppen, noe som etterlater den berørte personen sårbar for organsvikt og død, ifølge National Organization for Rare Disorders. Den kjøttspisende infeksjonen må behandles raskt med antibiotika eller kirurgi, slik tilfellet var med pasienten i den nye studien. Til slutt var det bare en firedobling som kunne redde pasienten fra de rasende mikroberne.
Pasientens første diagnose avslørte ikke hvorfor infeksjonen tok en så plutselig og dødelig vending. Tradisjonelle diagnostiske tester identifiserer forskjellige bakteriearter basert på proteiner og giftstoffer bakteriene produserer, forklarte Chopra, så nyansene av saken ble opprinnelig savnet. "Men hvis du på DNA-nivå ... det er en helt annen historie," sa han.
I to tidligere studier isolerte Chopra og hans medforfattere bakterieprøver fra pasienten og analyserte alt genetisk materiale som finnes i mikrober. Analysen avdekket de fire distinkte bakteriestammene, referert til som NF1 til 4, som sammen forårsaket den nesten dødelige infeksjonen. Men bemerkelsesverdig, når de opererte isolert, utløste ingen av de fire stammene en dødelig infeksjon i musemodeller. For å lære hvordan mikroberne samvirker for å forårsake alvorlig infeksjon, finjusterte forfatterne bakterienes DNA og infiserte musemodeller med flere stammer samtidig. Ved å endre bakterienes DNA, kunne forskerne bytte ut vevsdrepende arsenal av hver og bestemme hvilke våpen som gjorde den blandede infeksjonen så dødelig.
Det viser seg at hver bakteriestamme har "forskjellige arsenaler som kan påvirke verten," sa Chopra.
Tre av de fire stammene, NF2 til NF4, inneholder genetiske instruksjoner for å produsere et giftstoff som kalles eksotoksin A, eller ExoA, som forhindrer infiserte celler i å bygge nye proteiner. På egen hånd bryter disse tre stammene fortsatt ned muskelvev og får tilgang til blodomløpet, men immunforsvaret tømmer raskt patogenet fra kroppen.
I motsetning til det, ser den siste av de fire stammene, NF1, mindre sårbar for immunangrep, men kan ikke concocove sin egen ExoA. Når man jobber alene, forblir mikroben stort sett isolert i nærheten av infeksjonsstedet, blokkert av vegger i muskelvev. Det er her bakterielt teamarbeid spiller inn. Når flere stammer av A. hydrophila infisere kroppen, de ExoA-produserende stammene river ned muskelhindrene, slik at NF1 kan gå på en "kjøttspisende" skanse.
Interessant nok holder de tre andre stammene seg i nærheten av infeksjonsstedet, mens NF1 tar ledelsen og bølger gjennom blodomløpet. Forfatterne fant at NF1 faktisk produserer et unikt giftstoff som dreper ikke bare vev i kroppen, men også de andre stammene av A. hydrophila; selve NF1-stammen holder motgiften mot sin egen hjemmelagde gift.
Bedre diagnostikk?
De nye funnene kan ha konsekvenser i jakten på nye mikrobielle diagnostiske verktøy, sa Chopra. Når leger tenker på blandede infeksjoner, tenker de ofte på infeksjoner forårsaket av to eller flere helt forskjellige bakterier, sa han. Men den nåværende saken viser at forskjellige stammer av samme art også kan slå seg sammen for å forårsake sykdom, og hver stamme kan være sårbar for forskjellige antibiotikabehandlinger.
"Når vi behandler med et gitt antibiotika, fjerner vi en organisme ut av kroppen," sa medforfatter Rita Colwell, mikrobiolog ved University of Maryland, i en uttalelse. "Men hvis det er en annen organisme som deltar i infeksjonen, og som også er sykdomsfremkallende, kan antibiotikabehandling som ikke også er rettet mot at organismen bare ryddes for at den skal vokse som gal."
Selv om det sjelden brukes til å diagnostisere infeksjoner i dag, kan genetiske verktøy en dag vise seg å være nyttige for å karakterisere komplekse bakterieinfeksjoner forårsaket av mer enn en bakteriestamme, sa Chopra.
Men ikke alle er enige i denne spådommen.
"Tror jeg vil endre den kliniske behandlingen av nekrotiserende fasciitt? Ikke nødvendigvis," sa Dr. Amesh Adalja, lege og ekspert på smittsom sykdom ved Johns Hopkins University i Baltimore, som ikke var involvert i studien, til Live Science.
Siden nekrotiserende fasciitt virker så raskt, når legene finner ut hver belastning som forårsaker infeksjonen, kan det være "for sent å gjøre en forskjell," sa Adalja. Å identifisere forskjellige stammer kan hjelpe deg med å behandle mildere A. hydrophila infeksjoner, der en bestemt kombinasjon av bakterier kan forverre resultatet, sa han. Men som det fremgår, de stammene kunne oppdages bare med "sofistikerte genetiske verktøy" som vanligvis ikke finnes i kliniske omgivelser.
Fortsatt belyser forskningen måtene flere bakteriestammer kan komme sammen for å spre seg i kroppen, og skaper ødeleggelser, sa Adalja. Det ville være interessant å undersøke om mer vanlige bakterier bruker de samme strategiene for å spre infeksjon i kroppen, la han til.
