Molekylær patogenese af Staphylococcus aureus-infektion

Saureus har et ekstraordinært repertoire af virulensfaktorer, der gør det muligt for den at overleve under ekstreme forhold i den menneskelige vært. Et sådant omfattende armamentarium kunne få en til at spekulere i, at mennesket ikke er noget match for dette patogen og kan være meget sårbart over for alvorlig S. aureus-infektion. Overraskende nok opretholder S. aureus en fin kontrol med virulensudtrykket, og for det meste forårsager den sjældent alvorlige infektioner hos tidligere raske personer.

De seneste 10 år har man imidlertid været vidne til fremkomsten af nye kloner af MRSA, som hurtigt har spredt sig over kontinenterne og forårsaget voldsomme hud- og blødtvævsinfektioner og nogle usædvanligt alvorlige sygdomme. I modsætning til de traditionelle MRSA-kloner, som i vid udstrækning er begrænset til sundhedsvæsenet og angriber immunsvækkede værter eller værter med prædisponerende faktorer, inficerer disse samfundsassocierede methicillinresistente S. aureus-kloner (CA-MRSA) tidligere raske værter, især børn, unge og midaldrende voksne.

Denne gennemgang er skrevet med kliniske forskere som målgruppe. For at give en bedre forståelse af MRSA-patogenese vil jeg først beskrive de hindringer, som S. aureus skal overvinde for at etablere en infektion, og derefter fremhæve de aspekter af patogenese, der er unikke for sundhedsassocieret MRSA (HA-MRSA) og CA-MRSA. Læserne henvises til mange fremragende oversigter over kolonisering og patogenese af S. aureus (1-6), som beskriver virulensmekanismerne mere udførligt.

Kolonisering.

S. aureus erhvervet fra en ekstern kilde kan være årsag til en infektion, når den inokuleres i et åbent sår. Det er mere almindeligt, at den menneskelige vært inficeres af bakterier, der koloniserer hans eller hendes hud eller slimhindeoverflade (7,8). De slimhindeoverflader, der huser S. aureus, omfatter næse, svælg, vaginalvæg og GI-kanalen. Næsedragning er sandsynligvis vigtigst, fordi næseplukning effektivt kan sprede bakterien til andre kropsoverflader og andre værter (9). Det er bemærkelsesværdigt, at 20 % af personerne er vedvarende koloniseret i næsen og 30 % er forbigående koloniseret. Definitionen af persisterende og forbigående bærer varierer alt efter undersøgelsen, men beskrives generelt som en enkelt positiv kultur på en næsesvaber (forbigående) versus mindst to på hinanden følgende positive kulturer med 1 uges mellemrum (persisterende). Kolonisering er også hyppigere blandt yngre børn og patienter med HIV og diabetes (4).

Og selv om kolonisering prædisponerer en person for S. aureus-infektion, viser en undersøgelse, at efter nosokomial infektion har koloniserede personer mindre alvorlig S. aureus-sygdom sammenlignet med ikke-koloniserede personer (7). Dette rejser spørgsmålet, om kolonisering kan inducere en adaptiv immunitet på lavt niveau, således at efterfølgende infektioner bliver mildere. Til støtte for dette synspunkt viste en undersøgelse, at transport af S. aureus, der bærer toksin mod toksin mod toksin mod toksin (TSST), er forbundet med produktion og vedligeholdelse af antistoffer mod toksinet (10). Omvendt har de fleste personer, der får Staphylococcus toxic shock syndrome, ikke antistof mod TSST.

For S. aureus udgør kolonisering af den menneskelige næse en betydelig udfordring, der ikke kun kræver adhærens til nasale epitelceller, men også en evne til at klare sig mod værtens forsvar og konkurrerende residente mikroorganismer. S. aureus klæber til og invaderer værtsepitelceller ved hjælp af en række molekyler, der kollektivt kaldes mikrobielle overfladekomponenter, der genkender adhæsive matrixmolekyler (MSCRAMM). En række bakterieprodukter (herunder MSCRAMM) er blevet foreslået at være vigtige for adhæsion og vedhæftning til nasale epitelceller, men to faktorer (klumpningsfaktor B og vægassocieret teichoinsyre) har indtil videre vist sig at spille en rolle i nasal kolonisering af mennesker og rotter (11,12).

Værtsimmunforsvarets afskrækkende faktorer for bakteriel nasal kolonisering omfatter antimikrobielle peptider, lysozym, lactoferrin og IgA (4). Der er imidlertid kun lidt kendt om de kritiske værtsforsvar mod S. aureus-kolonisering. En undersøgelse i mus har identificeret cystisk fibrose transmembran conductance regulator og toll-like receptor 2, men ikke toll-like receptor 4, som vigtige faktorer, der kontrollerer S. aureus-bæringen (13).

Residente næsefloraer udgør en lige så formidabel udfordring for S. aureus. Undersøgelser af S. aureus-bærere og ikke-bærere har vist, at tilstedeværelsen af visse bakterier, såsom corynebacterium, S. epidermidis eller S. pneumoniae, kan udelukke transport af S. aureus (14). Indførelse af S. pneumoniae-vaccinen har f.eks. i nogle undersøgelser (15), men ikke i andre (16), vist sig at føre til en betydelig stigning i S. aureus-kolonisering, hvilket har fået nogle til at spekulere i, at S. pneumoniae og S. aureus kunne konkurrere om den samme niche. Den generelle mekanisme for nichekonkurrence foreslås at være en bakteriel konkurrence om adhæsion til den samme værtsreceptor. Desuden udskiller visse konkurrenter såsom S. pneumoniae hydrogenperoxid, som i høj koncentration undertrykker S. aureus’ vækst (17). S. aureus kunne modvirke dette ved at udskille katalase og sandsynligvis andre antioxidanter, som neutraliserer hydrogenperoxid (18).

Når koloniseringen er etableret, er S. aureus placeret i umiddelbar nærhed af hals, ører, mund og bihuler; alligevel fører overraskende nok nasal transport sjældent til åbenlys infektion af disse steder. Undersøgelser af S. aureus-regulering tyder på, at mange S. aureus-virulensgener kan nedreguleres under kolonisering (19). Blandt de gener, der kontrollerer S. aureus-kolonisering og virulens, er den bedst kendte globale regulator den accessoriske genregulator agr, som er blevet beskrevet i detaljer i mange fremragende oversigter (19). Kort fortalt er agr et quorum sensing locus, som direkte kontrollerer ekspressionen af en række virulens- og koloniseringsfaktorer. Nedregulering af agr er forbundet med kolonisering, og aktivering af agr er forbundet med værtsinvasion. Et kritisk spørgsmål er derfor, hvad der udløser aktivering af S. aureus virulensgener for at indlede en infektion.

Patogenese.

Infektioner forekommer ofte som følge af S. aureus-inokulation i et åbent sår. Alternativt beskadiger virusinfektion i de øvre luftveje slimhindeforinger og prædisponerer værten for S. aureus-pneumoni, som klassisk set opstår en uge efter influenzainfektionens indtræden.

Den første eksponering af S. aureus for værtsvæv ud over slimhindeoverfladen eller huden menes at udløse opregulering af virulensgener (19). For værtens vedkommende reagerer residente fagocytter og epitelceller i huden eller slimhindevævet på enten bakterieprodukter eller vævsskader ved aktivering af immunsystemet. S. aureus peptidoglykan og lipoprotein registreres af værtens mønstergenkendelsesmolekyler (20,21); hyaluronan-nedbrydningsprodukter (22) og endogene toll-like receptor-ligander (RNA, DNA, HMGB1), der frigives af nekrotisk væv (23,24) under infektion, øger yderligere den proinflammatoriske signalering, der fører til lokal immuncelleaktivering og rekruttering af neutrofile og makrofager.

S. aureus er generelt anerkendt for at overleve godt både inden for og uden for værtsceller. I det ekstracellulære miljø skal S. aureus overvinde opsonisering ved hjælp af komplement og antistoffer, hvilket direkte eller indirekte fører til aflivning af S. aureus eller optagelse af fagocytter via Fc- eller komplementreceptorer. S. aureus undgår opsonofagocytose ved på sin overflade at udtrykke en kapsel, klumpningsfaktor A, protein A og en række komplementinhibitorer, som alle inaktiverer eller forhindrer værtens opsoniner i at binde eller målrette bakterien til destruktion (3,6) (Fig. 1).

S. aureus kan søge ly i epitelceller, endothelceller og endda makrofager (25). Neutrofile udgør derimod en mere formidabel udfordring for S. aureus, hvilket fremgår af den øgede forekomst af invasive S. aureus-infektioner hos patienter med neutrofile dysfunktioner (f.eks. kronisk granulomatøs sygdom og leukocyt-adhæsionsmangel). S. aureus anvender en række strategier for at modstå neutrofil aflivning. For det første udskiller den to molekyler, chemotaxis inhibitory protein (CHIP) og extracellular adherence protein (Eap), som henholdsvis blokerer neutrofil genkendelse af kemotaktiske faktorer (26) og neutrofil binding til endothelial adhæsionsmolekyle ICAM-1 (27). Hæmning af ICAM-1-binding forhindrer leukocytternes adhæsion, diapadesis og ekstravasation fra blodbanen til infektionsstedet.

Når neutrofilerne ankommer til infektionsstedet, udløser de et batteri af antimikrobielle stoffer, herunder antimikrobielle peptider, reaktive oxygenarter (ROS), reaktive nitrogenarter, proteaser og lysozym. Forsvaret mod ROS medieres i S. aureus ved anvendelse af et stort antal antioxidante enzymer (f.eks. katalase, pigment, superoxiddismutase), som neutraliserer ROS og reaktive nitrogenarter (3). Antimikrobielle peptider, som til dels er baseret på målretning af negativt ladede bakterier, afvises af S. aureus ved hjælp af strategier, der ændrer dens overfladeladninger (28,29). Desuden nedbrydes antimikrobielle peptider (aureolysin) (30) og neutraliseres (staphylokinase) (31).

Som en forebyggende foranstaltning modvirker S. aureus ved at udskille specifikke toksiner, som lyserer neutrofile. S. aureus udtrykker et stort antal tokomponenttoksiner (32), hvoraf mange har specificitet for humane celler, men ikke for museceller; derfor er mange af deres funktioner ikke blevet karakteriseret. Det nyligt identificerede phenolopløselige modulin (PSM) er en gruppe af bakterielle peptider, der tidligere er beskrevet i S. epidermidis, og som inducerer inflammation og neutrofil cytolyse. PSM-peptidernes virulente rolle er blevet bekræftet i en CA-MRSA-hudinfektionsmodel (33).

Selv omgåelse af værtens immunforsvar er bakteriernes overlevelse i den menneskelige vært afhængig af en vellykket erhvervelse af næringsstoffer, især jern (34). Under infektionen er 95 % af jernet bundet i værtscellerne, og serumjern er for det meste bundet til værtsproteiner, der ikke er let tilgængelige. S. aureus udskiller jernbindende forbindelser med høj affinitet (aureochelin og staphyloferrin) under jernmangel (35,36). Når S. aureus registrerer lavt jernindhold, starter S. aureus desuden transkription af et jernindsamlingsprogram (isd), der muliggør indfangning af hæm og haptoglobin på celleoverfladen, transport af jernkomplekset over plasmamembranen og efterfølgende oxidativ nedbrydning af hæm i cytoplasmaet (34).

En alvorlig bakteriel infektion får normalt værten til at iværksætte et adaptivt immunforsvar inden for 7-10 d for at begrænse den igangværende infektion og forhindre fremtidige reinfektioner. Et af kendetegnene ved S. aureus’ biologi er imidlertid patogenets evne til at inficere den menneskelige vært gentagne gange gennem hele livet. Den mekanisme, der ligger til grund for undvigelse af det adaptive immunrespons, er dårligt forstået; undersøgelser har imidlertid vist, at stafylokokkerenterotoksiner, TSST og Eap (en MHC-klasse II-analog) alle kan ændre T-cellefunktioner ved at angribe T-cellereceptoraktiveringsvejen (37,38). Dette er blevet opfattet som en taktik, som S. aureus har udtænkt for at forhindre udviklingen af langtidshukommelse. På samme måde er det blevet påvist, at protein A udtømmer B-celler fra den marginale zone i milt, som er forløbere for B-celler (39). Resultatet kunne være en dårlig generering af specifik B-cellerespons. Disse mekanismer kombineret med de tidligere beskrevne strategier til at blokere effektiv antistofbinding til bakterieoverfladen kunne være vigtige underliggende årsager til, at vi forbliver modtagelige for S. aureus-infektioner hele livet igennem.

Andre virulensmekanismer af klinisk betydning omfatter biofilmdannelse, som gør det muligt for S. aureus at forblive på plastik og modstå værtens forsvar eller antibiotika (3), og små kolonivarianter, som hjælper S. aureus til at overleve i en metabolisk inaktiv tilstand under barske forhold. Små kolonivarianter er blevet impliceret i kroniske infektioner såsom kronisk osteomyelitis (40).

MRSA-patogenese.

MRSA fortjener særskilt opmærksomhed i S. aureus’ patogenese, fordi den er forbundet med en særskilt epidemiologi, især morbiditet og mortalitet. Det er bemærkelsesværdigt, at antallet af invasive sygdomme og dødsfald, der kan tilskrives MRSA i 2005, anslås til 94 360 og 18 650 i USA, hvilket overskygger den dødelighed, der tilskrives HIV (41). MRSA kan opdeles i HA-MRSA og CA-MRSA, to genotypisk forskellige grupper af bakterier, der er rettet mod forskellige, men overlappende populationer og forårsager forskellige sygdomme.

HA-MRSA.

MRSA dukkede først op i 1960’erne, men blev i stigende grad problematisk i 1990’erne, især på intensivafdelinger, hvor den blev en væsentlig årsag til nosokomielle infektioner (42). HA-MRSA har store stafylokokker-kromosomkassetter (SCCmec type I-III), som koder for et (SCCmec type I) eller flere antibiotikaresistensgener (SCCmec type II og III). Resistens over for antibiotika kan have gjort det muligt for bakterien at overleve i et miljø, hvor der hyppigt anvendes antibiotika.

Interessant nok forårsager HA-MRSA sjældent sygdomme hos personer uden prædisponerende forhold, når de fjernes fra sundhedsvæsenet. Det er derfor blevet foreslået, at HA-MRSA repræsenterer mindre robuste stammer af S. aureus, som kun kunne overleve i miljøer, hvor den bakterielle konkurrence er begrænset af antibiotikatrykket (43). Som støtte for dette synspunkt viser HA-MRSA en længere generationstid sammenlignet med methicillinfølsom S. aureus (MSSA) (30 min for HA-MRSA mod 23 min for MSSA) (44). I en mindre undersøgelse viste HA-MRSA-stammer en øget modtagelighed over for aflivning af neutrofiler og var mindre patogene, når de blev administreret systemisk til mus (45). Desuden viste en direkte sammenligning af CA-MRSA- og HA-MRSA-stammer, at HA-MRSA udtrykte lavere niveauer af PSM-peptider (33) og dermed pegede på en mulig defekt i HA-MRSA-virulensreguleringen. I overensstemmelse med det sidste resultat udviser mange kliniske HA-MRSA-isolater en agr- eller en blandet agr+ og agr- genotype (46). Selv om disse genotyper kan forklare HA-MRSA’s relative ikke-patogene karakter over for immunkompetente værter, er det muligt, at en agr- eller en blandet agr+ og agr- genotype kan være gavnlig for HA-MRSA-overlevelsen i sundhedssektoren; agr- genotype kan f.eks. lette biofilmdannelse (47) og proliferation på plastikslanger.

I takt med at lægerne forsøger at løse det antibiotikaresistensproblem, som HA-MRSA udgør, rapporteres der i stigende grad om den mere virulente CA-MRSA, der infiltrerer sundhedsvæsenet (41,48). Virkningen af denne migration kræver en mere omhyggelig overvågning, da den kan kræve mere aggressive og anderledes kontrol- og behandlingsstrategier.

CA-MRSA.

Indtil slutningen af 1990’erne var MRSA-infektioner stort set begrænset til immunsvækkede personer eller personer, der var udsat for sundhedsvæsenet. I 1997 varslede fire raske børns død som følge af MRSA-pneumoni og -sepsis i 1997 ankomsten af en ny type MRSA (49). Snart derefter voksede antallet af MRSA-tilfælde på tværs af kontinenterne; størstedelen af tilfældene var begrænset til nogle få klonale lineager, der var markant forskellige fra HA-MRSA, delte en lille type IV SCCmec-kassette og kodede generne for Panton-Valentine Leukocidin (PVL) (50).

CA-MRSA-stammer var ansvarlige for en dramatisk stigning i forekomsten af infektioner, især i hud og blødt væv (51,52) og var årsag til mange usædvanligt alvorlige infektioner såsom nekrotiserende lungebetændelse, nekrotiserende fasciitis og myositis (53-55). Ændringen i de kliniske manifestationer af S. aureus gav anledning til spekulationer om, at CA-MRSA-infektioner afspejlede infektion med mere virulente stammer. Der er kun foretaget få sammenlignende undersøgelser af CA-MRSA’s virulens i forhold til MSSA’s virulens, og det er ikke klart, om alle CA-MRSA-kloner er mere virulente (56,57). En CA-MRSA-klon, USA300, har imidlertid vist sig at være særlig succesfuld (58), idet den har spredt sig hurtigt og er blevet den dominerende klon i de fleste regioner i USA og er dukket op i Canada og Europa. Mange rapporter har sat USA300 i forbindelse med mere alvorlige infektioner i knogler, hud og blødt væv (55,57). Derfor kunne undersøgelser af USA300 give vigtige oplysninger om patogenese af CA-MRSA.

De epidemiologiske resultater skal fortolkes med forsigtighed, selv om de tyder på en mere virulent fænotype. Specifikt kunne den øgede CA-MRSA-sygdomsincidens tilskrives 1) øget overlevelse i miljøet (fomites, kæledyr), 2) øget transmission, 3) mere robust kolonisering, 4) sænket bakteriel tærskel for aktivering af virulensgener og 5) øget patogenicitet under infektion. Flere analyser af USA300-udbrud tyder på, at CA-MRSA-klonen kan have øget overførsel gennem hud-hudkontakt eller hud-fomitkontakt (58,59). I en undersøgelse af mænd, der har haft sex med mænd, tyder den høje hyppighed af perineal-, numse- og genitalinfektioner med USA300 på, at denne klon har en højere transmissionseffektivitet (59). Endvidere viste en sammenligning af hudkoloniseringsraten blandt HA-MRSA-, CA-MRSA- og MSSA-inficerede patienter, at CA-MRSA-inficerede personer havde en signifikant højere rate af hudkolonisering (58). Epidemiologisk dokumentation til støtte for større patogenicitet af CA-MRSA sammenlignet med MSSA foreligger fra en prospektiv gennemgang af osteomyelitis hos børn (57). I denne undersøgelse havde børn, der blev identificeret til at have PVL+ CA-MRSA-infektioner, højere niveauer af inflammationsmarkører (C-reaktivt protein og sedimentationshastighed) ved indlæggelsen, hvorved en mulig forvirrende effekt af antibiotikabehandling på sygdomsresultatet blev udelukket (57). Tilsammen tyder disse undersøgelser på, at kloner som USA300 er særligt succesfulde, fordi de overføres lettere, koloniserer bedre og er mere patogene.

Af de formodede virulensfaktorer, der foreslås at være den vigtigste determinant for CA-MRSA-epidemien, er PVL blevet undersøgt mest indgående (1,2,60). PVL blev fundet i den epidemiske S. aureus-stamme af fagetype 80/81, som forårsagede en høj forekomst af infektioner i 1950’erne (61), og findes i de fleste kloner af CA-MRSA (50). Den er i mange sagsserier blevet forbundet med alvorlig nekrotiserende lungebetændelse (62), furunkulose (63) og alvorlig osteomyelitis (57). Toxinet med to komponenter gav, når det blev injiceret i kaniner eller mus, betydelig inflammation og nekrose (64,65) og har vist sig at kunne fremkalde neutrofil cytolyse (66), apoptose (67) eller sekretion af proinflammatoriske molekyler afhængig af kulturbetingelserne (68). Direkte påvisning af en virulensrolle har imidlertid været modstridende (69-71). Labandeira-Rey et al. (65) viste, at PVL er en vigtig virulensdeterminant i en model for nekrotiserende lungebetændelse hos mus ved hjælp af laboratoriestammer, hvori der er indført en PVL-udtrykkende vektor. Voyich et al. (71) og Bubeck Wardenburg et al. (69) anvendte derimod PVL-mutanter på baggrund af USA300 og USA400 og fandt enten ingen forskel eller en beskyttende effekt, som PVL giver. Det er muligt, at mus udgør en mindre følsom model sammenlignet med den menneskelige vært, fordi museleukocytter, som er målet for PVL-aktiviteten, udviser en reduceret følsomhed over for PVL-lysis sammenlignet med humane leukocytter (66). Vi har for nylig testet denne hypotese ved at generere PVL-mutanter på baggrund af to USA300-isolater af nekrotiserende fasciitis. I en model af alvorlig infektion af blødt væv viste vi, at PVL+ necrotizing fasciitis USA300-stammer forårsagede mere betydelig muskelskade sammenlignet med de isogene PVL-isogene mutantstammer (Tseng og Liu, upublicerede data). Vi spekulerer i, at brugen af højere inokula eller mere følsomme dyremodeller kunne være nøglen til at afdække en PVL-tærskelvirkning.

Det mobile type I argininkataboliske element (ACME) har mange egenskaber, der gør det til en lige så attraktiv kandidat til at forklare USA300’s succes (72). ACME menes at blive horisontalt overført fra den allestedsnærværende hudkommensal S. epidermidis (gennemgået i Ref. 1). Den koder for flere gener, men to genklynger, arc (arginindeiminasesystem) og opp-3 (ABC-transporter), er af særlig interesse. Arginindeiminasesystemet er blevet vist i visse bakterier at katabolisere L-argininin for at tilvejebringe en kilde til ATP og kunne hæve pH-værdien i sur human hud til en pH-værdi, der er mere egnet til bakteriekolonisering (1). Opp-3 er et medlem af ABC-transporterfamilien, der er involveret i flere funktioner, som kan være til gavn for bakteriers overlevelse på hudoverfladen, herunder peptidnæringsstofoptagelse, eukaryote celleadhæsion og resistens over for antimikrobielle peptider. Således kan erhvervelse af ACME af S. aureus, der er en forbigående kolonisator af huden, give CA-MRSA mulighed for at kolonisere huden på permanent basis og derved øge sandsynligheden for, at der opstår en hudinfektion ved enhver forstyrrelse af hudbarrieren. Beviset for, at CA-MRSA koloniserer huden bedre sammenlignet med MSSA og HA-MRSA, er blevet leveret af Miller og kolleger (58). Indtil videre har der ikke været noget direkte bevis for, at ACME bidrager til hudkolonisering.

PSM-peptider er tidligere blevet beskrevet som værende medvirkende til CA-MRSA hudinfektion hos mus (33). Selv om de ikke er unikke for CA-MRSA, udtrykkes PSM-peptider på et højere niveau i CA-MRSA sammenlignet med HA-MRSA, hvilket giver anledning til at foreslå, at forskelle i den globale virulensregulering kunne være en vigtig faktor for CA-MRSA-virulens. Montgomery et al. (73) viste, at blandt CA-MRSA er USA300-stammer mere patogene end USA400-stammer. Forskellen i virulens korrelerede med højere ekspression af flere virulensgener hos USA300-stammer sammenlignet med USA400-stammer.

Mange andre formodede virulensfaktorer, der udtrykkes unikt af CA-MRSA-stammer, mangler stadig at blive undersøgt (50,72). Det vides ikke, hvordan hvert produkt kan bidrage til den specifikke stammes patogenicitet. Men hvis Occams barberkniv, princippet om diagnostisk sparsommelighed, der ofte anvendes i klinisk beslutningstagning, skal styre vurderingen af CA-MRSA-patogenese, er det sandsynligt, at en eller meget få faktorer i sidste ende er ansvarlige for den samtidige fremkomst af flere CA-MRSA-epidemikloner.

Fremtidig retning.

Den fremkomst af CA-MRSA indvarslede en æra af usikkerhed inden for folkesundhed og patientpleje, da antibiotikaresistens og virulens konvergerede og skabte en stor sundhedskrise. Efterhånden som epidemien udviklede og udvidede sig, har forskningen bestræbt sig på at nå følgende mål: 1) at identificere årsagen til og mekanismen bag epidemien, 2) at udvikle antibiotika, som ikke straks bliver forældede, 3) at udvikle en effektiv vaccine. Indtil videre er målene lykkedes i varierende grad.

Vores forståelse af CA-MRSA-epidemien er stadig begrænset på trods af en overflod af epidemiologiske og grundlæggende undersøgelser. Mest grundlæggende ved vi ikke, hvad der gør bakterien mere patogen. Undersøgelsen af S. aureus vil kræve udvikling af dyremodeller, der mere nærmer sig menneskelige infektioner. S. aureus er ikke en naturlig kolonisator af mus; derfor kan mange af de virulensfaktorer, som S. aureus har udviklet for at undgå det menneskelige immunsystem, vise sig vanskeligere at undersøge i mus, og PVL er et godt eksempel herpå. Selv om der fortsat er en vigtig plads til traditionel forskning i mus, som gør det muligt at manipulere værtens immunfaktorer ved hjælp af allerede genererede knockout-mus, kan der opnås en model, der simulerer menneskelig sygdom, ved brug af andre dyr eller ved udvikling af delvist humaniserede musemodeller, hvor musens medfødte eller adaptive immunsystem erstattes af dets menneskelige modstykke (74).

Som tidligere omtalt kan andre mekanismer end virulens forklare den øgede CA-MRSA-sygdomsincidens og -sværhedsgrad. Derfor skal undersøgelsen af bakterielle faktorer udvides til assays ud over traditionelle virulensprøver, herunder kolonisering, resistens over for miljømæssige stimuli, som styret af epidemiologiske fund. Disse undersøgelser ville optimalt set involvere samarbejde mellem epidemiologer og grundforskere.

I de seneste år har truslen fra antibiotikaresistent S. aureus givet næring til forskningsindsatsen for at finde nye klasser af antibiotika. Da det har været langsomt at finde nye antibiotika ved hjælp af traditionelle screeninger af lægemiddelbiblioteker, har en alternativ strategi været at fokusere på vigtige virulensfaktorer. Vi har f.eks. påvist, at S. aureus’ gyldne pigment er en virulensfaktor, fordi det beskytter bakterien mod værtens oxidantdød (75). Da S. aureus-pigmentet og humant kolesterol deler syntese af en fælles forløber, har vi været i stand til at identificere en humant kolesterolhæmmer, der blokerede S. aureus-pigmenteringen og reducerede S. aureus-virulensen i mus (76). Ligeledes har alfa-toksin, som udarbejdes af mange, men ikke alle kliniske S. aureus-stammer, vist virulensfunktion i en CA-MRSA-model af lungeinfektion, og anvendelse af specifikke antistoffer mod alfa-toksin har vist sig at kunne forbedre lungeskader betydeligt (77). Disse virulensbaserede strategier kunne vise sig at være nyttige supplementer til traditionelle terapier.

I sidste ende er der behov for en effektiv vaccine for at løse MRSA-sundhedskrisen. På højdepunktet af det penicillinresistente S. pneumoniae-problem for 8 år siden mindskede indførelsen af en effektiv vaccine straks forekomsten af invasive sygdomme og afværgede en større sundhedskrise. Et lignende problem med antibiotikaresistens blev løst med indførelsen af en effektiv vaccine mod H. influenzae. MRSA-epidemien udgør imidlertid en anden og mere formidabel udfordring. For det første er S. aureus en mere kompleks organisme, som ikke er afhængig af en enkelt vigtig virulensfaktor for at forårsage sygdom. Dens selektive opregulering af virulensfaktorer i forskellige faser af infektionen kan gøre vaccine mod en enkelt faktor relativt ineffektiv. De nylige fejlslagne forsøg med aktiv eller passiv immunisering mod kapselpolysaccharid (StaphVAX), ClfA og SdrG (Veronate) (78) kan være et bevis på dette princip. Eksperter har derfor foreslået, at S. aureus-vaccine vil være mere effektiv, hvis flere udvalgte faktorer er målrettet (gennemgået i Ref. 78).

Et mere grundlæggende spørgsmål, som har direkte betydning for vaccineudviklingen, er, hvorfor den menneskelige vært er vedvarende modtagelig for S. aureus-infektion hele livet. Forskning har antydet, at bakterieprodukter som protein A og stafylokokok-enterotoxiner kan spille en rolle i modulationen af T- og B-cellefunktioner (38,39); imidlertid er adaptive immune undvigelsesmekanismer efter S. aureus-infektion fortsat stort set ukendte. Forståelse af disse mekanismer kan være den ultimative nøgle til en vellykket vaccine.

Sammenfattende vil S. aureus’ patogenese fortsat være et intenst vigtigt forskningsområde i de kommende år. De fleste offentliggjorte undersøgelser anslår den nuværende CA-MRSA-koloniseringsrate i næsen til mindre end 5 % (79,80); derfor vil epidemien sandsynligvis ekspandere, hvis koloniseringsraten fortsætter med at stige. Det er ikke klart, om den menneskelige vært med tiden kan udvikle et adaptivt immunforsvar over for nye virulensfaktorer, der udtrykkes af CA-MRSA-stammer. Hvis disse virulensfaktorer bidrager væsentligt til epidemien, kan en neutralisering af disse faktorer få epidemien til at aftage. Hvis det menneskelige immunsystem ikke er i stand til at tilpasse sig, vil mennesket være nødt til at løse problemet gennem forskning, og succesen vil afhænge af koncentrationen af forskningsindsatsen, finansiering og velkoordinerede tværfaglige tilgange, der er rettet mod at løse udvalgte nøglespørgsmål.