Крест

Nature Communications, том 14, номер статьи: 702 (2023) Цитировать эту статью

7045 Доступов

128 Альтметрика

Подробности о метриках

Acinetobacter baumannii и Klebsiella pneumoniae являются условно-патогенными микроорганизмами, которые часто выделяют совместно с полимикробными инфекциями. Инфекции, при которых эти патогены сосуществуют, могут быть более тяжелыми и устойчивыми к терапии, чем инфекции, вызванные одним из видов в отдельности, однако знаний об их потенциальном синергическом взаимодействии недостаточно. В этом исследовании мы охарактеризовали геномы штаммов A. baumannii и K. pneumoniae, совместно выделенных из одной легочной инфекции человека. Мы изучаем различные аспекты их взаимодействия с помощью транскриптомных, феномных и фенотипических анализов, которые составляют основу для понимания их влияния на устойчивость к противомикробным препаратам и вирулентность во время коинфекции. Используя совместное культивирование и анализ секретируемых метаболитов, мы обнаружили способность K. pneumoniae перекрестно питаться A. baumannii побочными продуктами ферментации сахара. Тестирование минимальной ингибирующей концентрации моно- и совместных культур выявило способность A. baumannii перекрестно защищать K. pneumoniae от цефалоспорина цефотаксима. Наше исследование демонстрирует отчетливые синтрофические взаимодействия между A. baumannii и K. pneumoniae, что помогает выяснить основу их сосуществования при полимикробных инфекциях.

Полимикробные инфекции, вызванные двумя и более патогенными микроорганизмами, хотя и относительно распространены, но в значительной степени недостаточно изучены. Клиническая диагностика бактериальных инфекций1 часто учитывает только преобладающий инфицирующий микроорганизм и может не учитывать патогены, присутствующие в меньшем количестве. Наши знания о патогенах во многом основаны на лабораторных исследованиях чистых культур, которые сыграли решающую роль в понимании инфекций отдельных видов, но дали мало информации о динамике коинфекции. Учитывая, что меньшинства популяций бактериальных сообществ могут оказывать значительное влияние на физиологию и поведение доминирующих членов2,3, важно понимать возможные межвидовые взаимодействия между коинфицирующими патогенами и влияние, которое они могут оказывать на вирулентность и устойчивость к антибиотикам при полимикробных инфекциях.

Различные исследования показали, что полимикробные инфекции могут привести к повышению вирулентности и устойчивости к противомикробным препаратам4,5. Было показано, что двойная инфекция, вызванная Acinetobacter baumannii или Pseudomonas aeruginosa, у пациентов с энтеробактериями, устойчивыми к карбапенемам (CRE), приводит к повышению уровня устойчивости к антибиотикам и уровням смертности по сравнению с одиночными инфекциями6. Например, повышенная смертность наблюдалась у пациентов в критическом состоянии, одновременно инфицированных Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa и/или A. baumannii6. Кроме того, коинфекция Acinetobacter spp. с множественной лекарственной устойчивостью (MDR). и микроорганизмы, продуцирующие β-лактамазы расширенного спектра (ESBL) (K. pneumoniae и Escherichia coli), были идентифицированы ок. 38% госпитализированных больных инфицированы МЛУ Acinetobacter spp6,7,8.

В этом исследовании мы исследовали взаимодействие между двумя бактериальными патогенами, штаммом A. baumannii AB6870155 и штаммом K. pneumoniae KP6870155, которые были совместно выделены из одной легочной инфекции. A. baumannii и K. pneumoniae являются условно-патогенными микроорганизмами человека, которые участвуют в ряде схожих инфекций, включая инфекции дыхательных путей, мочевыводящих путей и крови, особенно у пациентов с ослабленным иммунитетом. Оба были классифицированы Американским обществом инфекционных болезней и Всемирной организацией здравоохранения как представители ESKAPE патогенов, шести наиболее приоритетных опасных микроорганизмов с множественной лекарственной устойчивостью (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter). ,10.

Механизмы вирулентности A. baumannii и K. pneumoniae на протяжении многих лет тщательно изучались в контексте каждого отдельного вида. Оба патогена часто образуют биопленки в легких пациентов11,12, которые защищают от ограничения питательных веществ, нападения хищников и осмотического стресса, лечения антибиотиками и, следовательно, придают им замечательную устойчивость13,14. Оба штамма также производят сидерофоры, которые обеспечивают эффективное поглощение железа в среде хозяина с ограниченным содержанием железа15,16, а также железозависимые ферменты супероксиддисмутазы (SodB), которые могут нейтрализовать активные формы кислорода (АФК), образующиеся в результате реакции Фентона17. Существуют также некоторые различия в стратегиях вирулентности этих двух патогенов. A. baumannii способен синтезировать полиамины, которые играют роль в вирулентности и образовании биопленок у патогенов дыхательных путей18. 1,3-диаминопропан (ДАП) является преобладающим полиамином, продуцируемым A. baumannii, который случайно связывается с сидерофорами Acinetobacter19. Синтез полиаминов у K. pneumoniae немного более разнообразен и включает выработку путресцина и кадаверина20, и он оснащен транспортерами, которые могут выводить эти катионные углеводороды из клетки11. Что касается взаимодействия с клетками-хозяевами, K. pneumoniae продуцирует два хорошо изученных полисахарида клеточной поверхности: липополисахаридный О-антиген и полисахаридную капсулу (К) и менее изученный общий энтеробактериальный антиген, что позволяет ему уклоняться от иммунных атак хозяина21,22. A. baumannii образует липоолигосахарид и капсулу, но лишен липополисахарида из-за отсутствия лигазы О-антигена23. Капсульный полисахарид A. baumannii (кодируемый локусом K) способствует образованию биопленки и позволяет ей противостоять высыханию24. A. baumannii противодействует иммунным ответам хозяина иначе, чем K. pneumoniae, за счет экспрессии белков OmpA и Omp33, которые позволяют ему выживать внутри аутофагосом хозяина, предотвращая полную аутофагию25 или концентрируя OmpA на везикулах внешней мембраны26. В целом, эти два патогена имеют множество перекрывающихся и различных механизмов вирулентности внутри хозяина.