Produktion af katalase anses for at være en virulensdeterminant hos Staphylococcus aureus, som gør det muligt for bakterierne at modstå intra- og ekstracellulær aflivning med hydrogenperoxid bedre (4, 5). Staphylococcus-arter er katalasepositive og fakultativt anaerobe, bortset fra S. aureus subsp. anaerobius og S. saccharolyticus, som er katalase-negative og anaerobe. Sidstnævnte anses generelt for at være apatogen. S. aureus-katalase er kodet af katA-genet, som har en åben læseramme på 1 518 bp og koder for et protein med 505 aminosyrer (9). S. aureus subsp. anaerobius har et muteret gen, benævnt katB, som er 1 368 bp langt og koder for et polypeptid på 455 aminosyrer. Sammenlignet med katA’s nukleotidsekvens viste katB’s nukleotidsekvens seks missense-mutationer og en enkeltasepar-deletion, der er placeret ved bp 1338 opstrøms fra initieringskodonet, hvilket forårsager en forskydning af nukleotidlæsningsrammen og en for tidlig translationsterminering ved bp 1368 (9).

Der er rapporteret om anaerobe, katalase-negative S. aureus-stammer, der er anaerobe. Ingen af dem er imidlertid blevet karakteriseret med molekylære metoder (1, 2, 7, 10, 12). Vi beskriver her et katalase-negativt methicillinresistent S. aureus-isolat (MRSA), som blev karakteriseret ved amplifikation og sekventering af det putative katalase-gen. Så vidt vi ved, er dette den første molekylære beskrivelse af en katalase-negativ S. aureus subsp. aureus-stamme.

En 65-årig mand blev indlagt på intensivafdelingen på kirurgisk afdeling på universitetshospitalet i Mainz. Han var multimorbid og led af alkoholtoksisk levercirrhose, arteriel hypertension, koronararteriesygdom, hjertesvigt (klasse II i henhold til New York Heart Association-klassifikationen), diabetes mellitus og kronisk obstruktiv lungesygdom. Der blev udtaget en tracheal sekretprøve til rutinemæssig mikrobiologisk undersøgelse, uden at der på det tidspunkt var tegn på infektion.

Den tracheale sekretprøve blev behandlet konventionelt, og der blev observeret cremede beta-hemolytiske kolonier, typisk for S. aureus, på 5% fåreblodagar. Isolatet blev gentagne gange testet negativt for katalase efter enten aerob eller anaerob inkubation, selv ved den femte subkultur. Det voksede godt både aerobt og anaerobt. Resultaterne af både koagulasetesten og DNase-testen var stærkt positive. BBL CRYSTAL-systemet til grampositive bakterier (Becton Dickinson Company, Sparks, MD) og API Staph-systemet (bioMérieux, Marcy l′Etoile, Frankrig) identificerede isolatet som S. aureus med en sandsynlighed på henholdsvis 98,6 % og 97,8 % (profilkoder 0064773465 og 6736153). DNA-sekvensanalyse af 16S rRNA-genet bekræftede, at stammen var S. aureus subsp. aureus. Denne stamme blev deponeret i DSMZ (tysk samling af mikroorganismer og cellekulturer) under nummeret DSM 18827.

Antibiotikafølsomhed blev bestemt ved diskdiffusion på Mueller-Hinton agar baseret på CLSI-retningslinjerne (Clinical and Laboratory Standards Institute). Stammen var resistent over for penicillin, oxacillin, cefaclor, cefuroxim, erythromycin, clindamycin og ciprofloxacin, men følsom over for gentamicin, rifampicin, sulfamethoxazol-trimethoprim, vancomycin, teicoplanin og linezolid. Dette repræsenterer den typiske fænotype for endemiske MRSA-stammer, der er observeret i vores institut. Stammen blev yderligere bekræftet som MRSA ved hjælp af PCR til identifikation af mecA- og S. aureus-specifikke gener som tidligere beskrevet (6).

Nukleotidsekvensen af S. aureus-katalase-genet i den katalase-negative MRSA-stamme blev amplificeret ved PCR ved hjælp af primere, der er beskrevet tidligere (9), og begge strenge blev sekventeret ved hjælp af farvestoftermineringskemi med en ABI PRISM 3700 DNA-analysator. Sekvensanalysen afslørede 99,60 % identitet med katalase-genet katA fra MRSA-stammen Mu50 eller N315 (Gen Bank accession no. BA000017 eller BA000018, henholdsvis), med en forskel på 6 nukleotider i positionerne 1152 og 1388 til 1392 opstrøms fra initieringskoden. Den enkeltbasesubstitution (T) på bp 1152 opstrøms fra initieringskodonet var en tavs mutation. Derimod førte sletning af fem baser (AAACG) (bp 1388 til 1392 opstrøms fra initieringskodonet) til en forskydning af nukleotidlæsningsrammen, hvilket medførte udskiftning af på hinanden følgende aminosyrer og for tidlig translationsterminering ved bp 1418. På samme måde var vores katalase-gensekvens 99,54 % identisk med katA-sekvenserne fra S. aureus subsp. aureus-stammerne MSSA476, COL, NCTC 8325, USA300 og MW2, hvis komplette genomer også blev sekventeret, med gentagen bekræftelse af den samme 5-base-deletion.

Denne mutation adskiller sig således fundamentalt fra mutationer, der er beskrevet for katalase-genet katB i katalase-negative S. aureus subsp. anaerobius-stammer (GenBank accession No. AJ000471) (9). Konsekvenserne af en deletion i den C-terminale region af katalase syntes imidlertid at være de samme, dvs. en forskydning af nukleotidlæsningsrammen, et tidligt terminationskodon og et tab af enzymatisk aktivitet.

To Staphylococcus-arter, S. aureus subsp. anaerobius og S. saccharolyticus, er kendt for ikke at producere katalase. Vores stamme adskiller sig fra disse arter på grundlag af dens evne til at vokse godt under aerobe forhold, dens ekspression af klumpningsfaktor, dens produktion af syre fra trehalose og laktose og dens 16S rRNA-sekvens.

Katalaser, eller mere korrekt hydroperoxidaser, er enzymer, der er involveret i nedbrydning af hydrogenperoxid (genereret under cellulær metabolisme eller mødt under værtsinfektion) til vand og molekylær oxygen. Katalase har længe været impliceret som en virulensdeterminant hos S. aureus. Betydningen af in vivo-udtrykket af de oxidative stressenzymer katalase og superoxiddismutase er blevet antydet gennem analyse af kliniske isolater med nedsat ekspressionsniveau af disse enzymer (4, 5). S. aureus subsp. anaerobius er meget nært beslægtet med S. aureus sensu stricto og deler med den evnen til at producere ekstracellulære toksiner og enzymer, men har et meget lavere patogent potentiale end S. aureus (9). Både intracellulær overlevelse og ekstracellulær formering spiller en vigtig rolle i patogenesen af S. aureus-infektioner. Intracellulær overlevelse i neutrofiler, endothelceller, epithelceller og osteoblaster er blevet beskrevet for S. aureus og kræver dermed, at bakterierne kan modstå oxidativt stress (3). Katalase er en kritisk komponent til at opretholde levedygtighed under langvarig sult, en evne, der er vigtig for den nosokomiale overførsel af S. aureus eller MRSA (11). Endelig er produktionen af katalase en vigtig mekanisme, der gør det muligt for S. aureus at eksistere sammen med mikroorganismer, der genererer hydrogenperoxid i et aerobt miljø som f.eks. de øvre luftveje. Streptococcus pneumoniaes bakteriedræbende aktivitet over for S. aureus er tilsyneladende medieret af hydrogenperoxid, hvilket giver en mulig mekanistisk forklaring på den interspeciesinterferens, der er observeret i epidemiologiske undersøgelser (8).

Den kliniske relevans af katalase-negative S. aureus-stammer kræver undersøgelse. I tidligere rapporter blev de katalase-negative S. aureus-stammer isoleret fra blodprøver, katetre, bronkialsekretionsprøver, sår og andre sår, der var forbundet med infektioner eller nosokomiale endemiske sygdomme (1, 2, 7, 10, 12). Selv om disse rapporter er få, giver de dog beviser for, at katalase ikke er et absolut krav for patogenicitet. Det er dog muligt, at patogeniciteten eller transmissionseffektiviteten er nedsat. I vores tilfælde blev den katalase-negative MRSA-stamme gentagne gange isoleret fra den samme patient, men aldrig fra andre patienter på intensivafdelingen eller på universitetshospitalet. Der var ingen tegn på, at stammen havde forårsaget en infektion. Antibiotikaresistensmønstret tydede på en fælles oprindelse for den katalase-negative MRSA-stamme og andre lokale MRSA-stammer. Der er få, om nogen, rapporter om katalase-negativ MRSA, der er blevet isoleret fra en patient uden tilsyneladende sygdom fra isolatet. Denne artikel præsenterer en unik rapport i denne henseende. Dette er også den første rapport om en katalase-negativ S. aureus subsp. aureus-stamme, der er karakteriseret med molekylære metoder.