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Niederführ, Andrea (2009): Untersuchungen zur mikrobiellen Besiedlung der Nasenhöhle von Patienten mit chronischer Rhinosinusitis unter besonderer Berücksichtigung von Staphylococcus aureus und Staphylococcus aureus Small Colony Varianten. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

In der hier durchgeführten Studie „Untersuchungen zur mikrobiellen Besiedlung der Nasenhöhle von Patienten mit chronischer Rhinosinusitis unter besonderer Berücksichtigung von Staphylococcus aureus und Staphylococcus aureus Small Colony Varianten“ sollte das Keimspektrum der chronischen Rhinosinusitis (CRS) beim Menschen, mit Schwerpunkt auf Staphylococcus aureus (Sa) und seinem Small Colony Variant (SCV) -Phänotyp, untersucht werden. Die chronische Rhinosinusitis (CRS) ist eine häufig vorkommende Erkrankung die bei etwa 5-15 % der Bevölkerung westlicher Industrienationen auftritt. Ihre Ätiologie ist noch unbekannt, allerdings wird als mögliche Ursache eine Infektion mit Bakterien diskutiert. Unter den Bakterien wird dem grampositiven Keim Staphylococcus aureus eine große Bedeutung bei dieser Erkrankung zugeschrieben. In dieser Studie wurden Nasenschleimhautbiopsien und Nasenspülproben von 31 Patienten mit CRS und nasalen Polypen (CRSNP+), 13 Patienten mit CRS ohne nasale Polypen (CRSNP-) und 21 Kontrollpatienten mit verschiedenen mikrobiologischen Methoden untersucht. Die Ergebnisse der hier vorliegenden Studie stellen eine bakteriologische Ursache für die chronische Rhinosinusitis in Frage. Es wird deutlich, dass der normale Phänotyp von Sa keine wesentliche Rolle bei der CRS spielt, da dieser Keim sowohl bei erkrankten als auch bei gesunden Probanden etwa gleich häufig auftrat, bei CRSNP- Patienten sogar in noch geringerer Menge als bei den anderen beiden Gruppen. In keiner der untersuchten Proben konnten SASCV nachgewiesen werden, so dass deren Rolle bei der CRS untergeordnet erscheint. Auf Grund der kleinen Fallzahlen kann von dieser Studie zwar nicht auf die Gesamtbevölkerung geschlossen werden, aber die Ergebnisse geben dennoch Hinweise auf die tatsächliche Situation. Auch bei der Untersuchung der übrigen in den Proben vorkommenden gram-positiven und gram-negativen, aeroben und anaeroben Bakterien konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen festgestellt werden. Beim Vergleich der hier angewandten mikrobiologischen Nachweismethoden, stellte sich heraus, dass die Bakterienkultur im Vergleich zur Real-time PCR und der Fluoreszenz in situ Hybridisierung die sensitivste Methode war. Die PCR hat allerdings den Vorteil dass auch DNA toter Bakterien nachgewiesen werden kann, und dass sie erheblich schneller durchzuführen ist als die Bakterienkultur. Die Fluoreszenz in situ Hybridisierung an Paraffingewebsschnitten scheint nach den hier vorliegenden Ergebnissen nicht geeignet zu sein, Sa im Gewebe nachzuweisen. Auf diesem Gebiet besteht also noch Bedarf an weiterer Optimierung der Methode an Paraffinschnitten. Neben bakteriologischen Untersuchungen von Patientenproben sollten Auswirkungen des Sa und SASCV- Nachweises auf nasale immunologische Parameter erfasst werden. Hierzu sollte das nasale Zytokinmuster erhoben werden und mögliche Unterschiede der Genexpression bei CRSNP+ Patienten mit Sa- Nachweis untersucht werden. Wie eine Infektion mit Sa bzw. SASCV zelluläre Reaktionen auf Proteinebene beeinflusst und ob Unterschiede zwischen Sa und SASCV in der induzierten Zellantwort bestehen, wurde zusätzlich an humanen monozytären MonoMac-6 Zellen (MM6) und an humanen Atemwegsepithelzellen der Zelllinie BEAS-2B (B2B) untersucht. Eine in vitro Infektion dieser beiden Zelltypen mit verschiedenen Sa- Stämmen führte zu einer unspezifischen Stimulierung der Sekretion aller untersuchten Proteine. Eine Polarisation in Richtung TH1 bzw. TH2, also in Richtung CRSNP- bzw. CRSNP+ konnte nicht festgestellt werden. Auch die Microarrayanalysen von Sa-positiven und Sa-negativen Biopsien von CRSNP+ Patienten zeigen keine vermehrte Expression von Genen für Zytokine die für TH1 oder TH2 polarisieren. Ebenso wurde die Konzentration der in der nasalen Lavage gemessenen Zytokine durch eine Infektion mit Sa nicht beeinflusst und ein TH2 Shift war nicht erkennbar. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass bei der CRS vermutlich zunächst eine Entzündung vorliegt, die dann ggf. die bakterielle Besiedlung fördert, als dass diese Entzündung initial durch eine bakterielle Infektion induziert wird. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, dass hier nur kleine Fallzahlen untersucht wurden. Klarheit könnte eine groß angelegte Studie mit möglichst hohen Patientenzahlen und einer gut charakterisierten Patientenpopulation sowie ggf. die Verwendung molekularer Verfahren zum Nachweis bakterieller Erreger bringen. Diese Studie zeigt, dass eine bakterielle Ursache der CRS unwahrscheinlich ist.

Abstract

Aim of the study “Analysis of the microbial colonization of the nose of patients with chronic rhinosinusitis with special interest on Staphylococcus aureus and Staphylococcus aureus Small Colony Variants” was to evaluate the bacterial flora of the nose of patients with chronic rhinosinusitis (CRS) in humans, with special interest on Staphylococcus aureus (Sa) and its Small Colony Variant phenotype (SCV). CRS is a common disease affecting about 5-15 % of the population in western industrial countries. Its etiology is still unknown, however, an infection with bacteria is discussed. The gram positive germ Staphylococcus aureus is said to play an important role in this disease. In this study, biopsy specimens of nasal mucosa as well as nasal lavages of 31 patients with CRS and nasal polyps (CRSNP+), 13 patients with CRS without nasal polyps (CRSNP-) and 21 controlpatients were examined using different microbiological detection methods. According to the results of this study, it is questionable if CRS is caused by bacteria. Sa could be detected in almost the same amount in CRSNP+ patients and controls, CRSNP- patients were even less infected with Sa. Its role in CRS is therefore more than questionable. In none of the examined samples SASCV could be detected, suggesting that they play a minor role in CRS. However, one has to consider the small patient group examined, so that one can not conclude to the whole human population, but nevertheless this study gives evidence to the actual situation. There were also no significant differences in the detection rate of the other bacteria detected in the samples. Comparing the different detection methods, bacterial culture was the most sensitive one compared to Real-time PCR and fluorescence in situ hybridization. Anyhow, the advantage of the PCR is the possibility to detect also dead bacteria and that this method is much faster than culture. Fluorescence in situ hybridization does not seem to be suitable for Sa detection in tissue samples. This method still has to be optimized in further studies. Besides the microbiological examination of patient samples, the influence of Sa and SASCV on nasal immunological parameters should be evaluated. Nasal biomarker concentrations in nasal lavages were measured and gene expression analyses in CRSNP+ patients positive for Sa were examined. The influence of an infection with Sa or SASCV on cells on protein level as well as possible differences in cell reactions to Sa were studied with the human monocytic cell line MonoMac-6 (MM6) and the human respiratory epithelial cell line BEAS-2B (B2B). The infection of these two cell lines with different Sa strains lead to an unspecific secretion of all examined cytokines. A TH1 or TH2-shift could not be observed. Microarray data did not show differences in gene expression polarising for TH1 or TH2 when comparing Sa positive with Sa negative CRSNP+ patients. The concentrations of nasal biomarkers also did not show significant differences between Sa positive and Sa negative patients and no TH2 shift could be observed. Altogether, it is likely that the initial event in the development of CRS is an inflammation which possibly advances bacterial colonization, rather than an initial bacterial infection. Again, it has to be pointed out, that only a small study population was examined. For a better understanding of the role bacteria play in CRS, further studies with large study populations should be done, added by molecular detection methods for pathogenic bacteria. But this study shows, that it is unlikely that bacteria play a major role in CRS.