Produkce katalázy je u Staphylococcus aureus považována za determinantu virulence, která umožňuje bakteriím lépe odolávat intra- a extracelulárnímu usmrcení peroxidem vodíku (4, 5). Druhy stafylokoků jsou kataláza pozitivní a fakultativně anaerobní, s výjimkou S. aureus subsp. anaerobius a S. saccharolyticus, které jsou kataláza negativní a anaerobní. Druhý jmenovaný je obecně považován za apatogenní. Kataláza S. aureus je kódována genem katA, který má otevřený čtecí rámec 1 518 bp a kóduje protein s 505 aminokyselinami (9). S. aureus subsp. anaerobius ukrývá mutovaný gen označený katB, který je dlouhý 1 368 bp a kóduje polypeptid o 455 aminokyselinách. V porovnání s nukleotidovou sekvencí katA vykazuje katB šest missense mutací a deleci jednoho páru bází, která se nachází na bp 1338 před iniciačním kodonem, což způsobuje posun nukleotidového čtecího rámce a předčasné ukončení translace na bp 1368 (9).

Byly zaznamenány kmeny S. aureus, které jsou anaerobní a negativní na katalázu. Žádný z nich však nebyl charakterizován molekulárními metodami (1, 2, 7, 10, 12). Zde popisujeme kataláza-negativní izolát S. aureus rezistentní vůči meticilinu (MRSA), který byl charakterizován amplifikací a sekvenováním předpokládaného genu pro katalázu. Podle našich znalostí se jedná o první molekulární popis kataláza-negativního kmene S. aureus subsp. aureus.

Pětašedesátiletý muž byl přijat na jednotku intenzivní péče chirurgického oddělení univerzitní nemocnice v Mainzu. Byl multimorbidní, trpěl alkohol-toxickou jaterní cirhózou, arteriální hypertenzí, ischemickou chorobou srdeční, srdečním selháním (třída II podle klasifikace New York Heart Association), diabetes mellitus a chronickou obstrukční plicní nemocí. Vzorek tracheálního sekretu byl odebrán k rutinnímu mikrobiologickému vyšetření, aniž by v té době byly patrné známky jakékoli infekce.

Vzorek tracheálního sekretu byl zpracován konvenčním způsobem a na 5% agaru z ovčí krve byly pozorovány krémové beta-hemolytické kolonie, typické pro S. aureus. Izolát byl opakovaně negativní na katalázu po aerobní i anaerobní inkubaci, a to i při páté subkulturaci. Rostl dobře aerobně i anaerobně. Výsledky sklíčkového koagulázového testu i DNázového testu byly silně pozitivní. Systém BBL CRYSTAL pro grampozitivní bakterie (Becton Dickinson Company, Sparks, MD) a systém API Staph (bioMérieux, Marcy l′Etoile, Francie) identifikovaly izolát jako S. aureus s 98,6% a 97,8% pravděpodobností (profilové kódy 0064773465 a 6736153). Analýza sekvence DNA genu 16S rRNA potvrdila kmen jako S. aureus subsp. aureus. Tento kmen byl uložen v DSMZ (Německá sbírka mikroorganismů a buněčných kultur) pod číslem DSM 18827.

Citlivost na antibiotika byla stanovena diskovou difuzí na Mueller-Hintonově agaru na základě pokynů CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute). Kmen byl rezistentní k penicilinu, oxacilinu, cefakloru, cefuroximu, erytromycinu, klindamycinu a ciprofloxacinu, ale citlivý ke gentamicinu, rifampicinu, sulfametoxazol-trimetoprimu, vankomycinu, teikoplaninu a linezolidu. To představuje typický fenotyp endemických kmenů MRSA pozorovaných v našem ústavu. Kmen byl dále potvrzen jako MRSA pomocí PCR k identifikaci genů mecA a genů specifických pro S. aureus, jak bylo popsáno dříve (6).

Nukleotidová sekvence genu pro katalázu S. aureus u kataláza-negativního kmene MRSA byla amplifikována pomocí PCR s použitím primerů popsaných dříve (9) a obě vlákna byla sekvenována s použitím barvicí terminátorové chemie na analyzátoru DNA ABI PRISM 3700. Sekvenční analýza odhalila 99,60% identitu s genem katalázy katA kmene MRSA Mu50 nebo N315 (Gen Bank accession no. BA000017 resp. BA000018), s rozdílem 6 nukleotidů v pozicích 1152 a 1388 až 1392 před iniciačním kodonem. Jednobázová záměna (T) nacházející se v bp 1152 před iniciačním kodonem představovala tichou mutaci. Avšak delece pěti bází (AAACG) (bp 1388 až 1392 před iniciačním kodonem) vedla k posunu nukleotidového čtecího rámce s následkem záměny po sobě jdoucích aminokyselin a předčasného ukončení translace na bp 1418. Podobně byla naše sekvence genu pro katalázu z 99,54 % shodná se sekvencemi katA kmenů S. aureus subsp. aureus MSSA476, COL, NCTC 8325, USA300 a MW2, jejichž kompletní genomy byly rovněž sekvenovány, s opakovaným potvrzením stejné 5bázové delece.

Tato mutace se tedy zásadně lišila od mutací, které byly popsány pro katalázový gen katB kataláza-negativních kmenů S. aureus subsp. anaerobius (GenBank accession No. AJ000471) (9). Důsledky delece v C-koncové oblasti katalázy se však zdály být stejné, tj. posun nukleotidového čtecího rámce, časný terminační kodon a ztráta enzymatické aktivity.

Dva druhy stafylokoků, S. aureus subsp. anaerobius a S. saccharolyticus, neprodukují katalázu. Náš kmen se od těchto druhů liší schopností dobře růst v aerobních podmínkách, expresí faktoru shlukování, produkcí kyseliny z trehalózy a laktózy a sekvencí 16S rRNA.

Katalázy, nebo správněji hydroperoxidázy, jsou enzymy podílející se na degradaci peroxidu vodíku (vznikajícího během buněčného metabolismu nebo vyskytujícího se během infekce hostitele) na vodu a molekulární kyslík. Kataláza je již dlouho považována za determinant virulence u S. aureus. Význam exprese enzymů oxidačního stresu katalázy a superoxiddismutázy in vivo byl naznačen analýzou klinických izolátů se sníženou úrovní exprese těchto enzymů (4, 5). S. aureus subsp. anaerobius je velmi blízce příbuzný S. aureus sensu stricto a sdílí s ním schopnost produkovat extracelulární toxiny a enzymy, ale je obdařen mnohem nižším patogenním potenciálem než S. aureus (9). V patogenezi infekcí vyvolaných S. aureus hraje důležitou roli jak intracelulární přežívání, tak extracelulární množení. U S. aureus bylo popsáno intracelulární přežívání v neutrofilech, endoteliálních buňkách, epiteliálních buňkách a osteoblastech, což vyžaduje, aby bakterie odolávala oxidačnímu stresu (3). Kataláza je kritickou složkou pro udržení životaschopnosti během dlouhodobého hladovění, což je schopnost důležitá pro nozokomiální přenos S. aureus nebo MRSA (11). V neposlední řadě je produkce katalázy důležitým mechanismem umožňujícím S. aureus koexistovat s mikroorganismy, které vytvářejí peroxid vodíku v aerobním prostředí, jako jsou horní cesty dýchací. Baktericidní aktivita Streptococcus pneumoniae vůči S. aureus je zřejmě zprostředkována peroxidem vodíku, což poskytuje možné mechanistické vysvětlení mezidruhové interference pozorované v epidemiologických studiích (8).

Klinický význam kataláza-negativních kmenů S. aureus vyžaduje studium. V předchozích zprávách byly kataláza-negativní kmeny S. aureus izolovány ze vzorků krve, katétrů, vzorků bronchiálního sekretu, vředů a jiných ran spojených s infekcemi nebo nozokomiálními endemity (1, 2, 7, 10, 12). Ačkoli je těchto zpráv málo, poskytují důkaz, že kataláza není absolutní podmínkou patogenity. Je však možné, že patogenita nebo účinnost přenosu je snížena. V našem případě byl kataláza-negativní kmen MRSA opakovaně izolován od stejného pacienta, ale nikdy od jiných pacientů jednotky intenzivní péče nebo fakultní nemocnice. Nic nenasvědčovalo tomu, že by tento kmen způsobil infekci. Vzorec antibiotické rezistence naznačoval společný původ kataláza-negativního kmene MRSA a dalších lokálních kmenů MRSA. Existuje jen málo zpráv o kataláza-negativním MRSA, který byl izolován od pacienta bez zjevného onemocnění z izolátu, pokud vůbec nějaké. Tato práce představuje v tomto smyslu unikátní zprávu. Jedná se také o první zprávu o kataláza-negativním kmeni S. aureus subsp. aureus charakterizovaném molekulárními metodami.