Katalaasin tuotantoa pidetään Staphylococcus aureuksen virulenssia lisäävänä tekijänä, jonka ansiosta bakteerit kestävät paremmin vetyperoksidin aiheuttamaa solunsisäistä ja solunulkoista tappamista (4, 5). Staphylococcus-lajit ovat katalaasipositiivisia ja fakultatiivisesti anaerobisia, lukuun ottamatta S. aureus subsp. anaerobius ja S. saccharolyticus, jotka ovat katalaasinegatiivisia ja anaerobisia. Jälkimmäistä pidetään yleensä apatogeenisena. S. aureus -bakteerin katalaasia koodaa katA-geeni, jonka avoin lukukehys on 1 518 bp ja joka koodaa 505 aminohappoa sisältävää proteiinia (9). S. aureus subsp. anaerobius -bakteerilla on mutatoitunut geeni, nimeltään katB, joka on 1 368 bp pitkä ja joka koodaa 455 aminohapon polypeptidiä. KatA:n nukleotidisekvenssiin verrattuna katB:n nukleotidisekvenssissä havaittiin kuusi missense-mutaatiota ja yhden emäsparin deletio, joka sijaitsee bp 1338:ssa ylävirtaan initiaatiokodonista, mikä aiheuttaa nukleotidin lukukehyksen siirtymisen ja ennenaikaisen translaation päättymisen bp 1368:ssa (9).

Fakultatiivisesti anaerobisia, katalaasinegatiivisia S. aureus -kantoja on raportoitu. Yhtäkään niistä ei kuitenkaan ole karakterisoitu molekyylimenetelmin (1, 2, 7, 10, 12). Tässä kuvataan katalaasinegatiivinen metisilliinille resistentti S. aureus (MRSA) -isolaatti, joka karakterisoitiin monistamalla ja sekvensoimalla oletettu katalaasigeeni. Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen molekyylikuvaus katalaasinegatiivisesta S. aureus subsp. aureus -kannasta.

65-vuotias mieshenkilö otettiin Mainzin yliopistollisen sairaalan kirurgian osaston teho-osastolle. Hän oli monisairas ja kärsi alkoholin aiheuttamasta maksakirroosista, valtimoverenpainetaudista, sepelvaltimotaudista, sydämen vajaatoiminnasta (luokka II New York Heart Associationin luokituksen mukaan), diabetes mellituksesta ja kroonisesta obstruktiivisesta keuhkosairaudesta. Henkitorven eritenäyte otettiin mikrobiologista rutiinitutkimusta varten, eikä merkkejä infektiosta ollut tuolloin havaittavissa.

Henkitorven eritenäyte käsiteltiin tavanomaisesti, ja 5-prosenttisella lampaanveriagarilla havaittiin kermanvärisiä, S. aureukselle tyypillisiä beetahemolyyttisiä pesäkkeitä. Isolaatti testattiin toistuvasti negatiiviseksi katalaasin suhteen joko aerobisen tai anaerobisen inkubaation jälkeen, jopa viidennessä subviljelyssä. Se kasvoi hyvin sekä aerobisesti että anaerobisesti. Sekä slide-koagulaasitestin että DNaasitestin tulokset olivat vahvasti positiivisia. Grampositiivisten bakteerien BBL CRYSTAL -järjestelmä (Becton Dickinson Company, Sparks, MD) ja API Staph -järjestelmä (bioMérieux, Marcy l′Etoile, Ranska) tunnistivat isolaatin S. aureukseksi 98,6 %:n ja 97,8 %:n todennäköisyydellä (profiilikoodit 0064773465 ja 6736153). 16S rRNA -geenin DNA-sekvenssianalyysi vahvisti kannan olevan S. aureus subsp. aureus. Kanta talletettiin DSMZ:hen (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures) numerolla DSM 18827.

Antibioottiherkkyys määritettiin levydiffuusiolla Mueller-Hinton-agarilla CLSI:n (Clinical and Laboratory Standards Institute) ohjeiden mukaisesti. Kanta oli resistentti penisilliinille, oksasilliinille, kefakloorille, kefuroksiimille, erytromysiinille, klindamysiinille ja siprofloksasiinille mutta herkkä gentamysiinille, rifampiinille, sulfametoksatsoli-trimetopriimille, vankomysiinille, teikoplaniinille ja linetsolidille. Tämä edustaa laitoksessamme havaittujen endeemisten MRSA-kantojen tyypillistä fenotyyppiä. Kanta vahvistettiin edelleen MRSA:ksi käyttämällä PCR:ää mecA- ja S. aureus -spesifisten geenien tunnistamiseksi aiemmin kuvatulla tavalla (6).

Katalaasinegatiivisen MRSA-kannan S. aureus -katalaasigeenin nukleotidisekvenssi monistettiin PCR:llä aiemmin kuvatuilla alukkeilla (9), ja kumpikin säie sekvensoitiin väriaine-terminaattorikemiaa käyttäen ABI PRISM 3700 -DNA-analysaattorilla. Sekvenssianalyysi osoitti 99,60 prosentin identtisyyden MRSA-kannan Mu50 tai N315 katalaasigeenin katA:n kanssa (Gen Bankin liittymisnumero BA000017 tai BA000018), mutta erona oli kuusi nukleotidia positioissa 1152 ja 1388-1392 ylävirtaan aloituskodonista. Yhden emäksen substituutio (T), joka sijaitsi bp:ssä 1152 initiaatiokodonista ylävirtaan, edusti hiljaista mutaatiota. Viiden emäksen poisto (AAACG) (bp 1388-1392 aloituskodonista ylävirtaan) johti kuitenkin nukleotidien lukukehyksen siirtymiseen, minkä seurauksena peräkkäiset aminohapot korvautuivat ja translaatio päättyi ennenaikaisesti bp 1418:ssa. Vastaavasti katalaasigeenisekvenssimme oli 99,54-prosenttisesti identtinen S. aureus subsp. aureus -kantojen MSSA476, COL, NCTC 8325, USA300 ja MW2 katA-sekvenssien kanssa, joiden täydelliset genomit myös sekvensoitiin, ja sama viiden emäksen deletio vahvistettiin toistuvasti.

Tämä mutaatio erosi siten olennaisesti mutaatioista, jotka on kuvattu katalaasinegatiivisten S. aureus subsp. anaerobius -kantojen katalaasigeenin katB:n osalta (GenBank-tunniste AJ000471) (9). Katalaasin C-terminaalisen alueen deletion seuraukset näyttivät kuitenkin olevan samat, eli nukleotidien lukukehyksen siirtyminen, aikainen terminaatiokodoni ja entsymaattisen aktiivisuuden häviäminen.

Kahden Staphylococcus-lajin, S. aureus subsp. anaerobius ja S. saccharolyticus, tiedetään olevan sellaisia, etteivät ne tuota katalaasia. Meidän kantamme eroaa näistä lajeista sen perusteella, että se pystyy kasvamaan hyvin aerobisissa olosuhteissa, ilmentää klumppitekijää, tuottaa happoa trehaloosista ja laktoosista sekä 16S rRNA-sekvenssin.

Katalaasit tai oikeammin hydroperoksidaasit ovat entsyymejä, jotka osallistuvat vetyperoksidin (joka syntyy solujen aineenvaihdunnan aikana tai esiintyy isännän infektiossa) hajottamiseen vedeksi ja molekyyliseksi hapeksi. Katalaasia on jo pitkään pidetty S. aureuksen virulenssia lisäävänä tekijänä. Hapetusstressiä aiheuttavien katalaasi- ja superoksididismutaasientsyymien in vivo -ekspression tärkeydestä on saatu viitteitä analysoimalla kliinisiä isolaatteja, joissa näiden entsyymien ilmentyminen on vähentynyt (4, 5). S. aureus subsp. anaerobius on hyvin läheistä sukua S. aureus sensu strictolle, ja sillä on sen kanssa yhteinen kyky tuottaa solunulkoisia toksiineja ja entsyymejä, mutta sen patogeeninen potentiaali on paljon vähäisempi kuin S. aureuksen (9). Sekä solunsisäisellä selviytymisellä että solunulkoisella lisääntymisellä on tärkeä rooli S. aureus -infektioiden patogeneesissä. Solunsisäisen selviytymisen neutrofiileissä, endoteelisoluissa, epiteelisoluissa ja osteoblasteissa on kuvattu tapahtuvan S. aureuksella, mikä edellyttää, että bakteerit kestävät hapetusstressiä (3). Katalaasi on kriittinen komponentti elinkelpoisuuden ylläpitämisessä pitkäaikaisen nälkäkuolleisuuden aikana, ja tämä kyky on tärkeä S. aureuksen tai MRSA:n nosokomiaalisen leviämisen kannalta (11). Lisäksi katalaasin tuotanto on tärkeä mekanismi, jonka ansiosta S. aureus voi elää yhdessä sellaisten mikro-organismien kanssa, jotka tuottavat vetyperoksidia aerobisessa ympäristössä, kuten ylähengitysteissä. Streptococcus pneumoniaen bakterisidinen aktiivisuus S. aureusta kohtaan välittyy ilmeisesti vetyperoksidin avulla, mikä tarjoaa mahdollisen mekanistisen selityksen epidemiologisissa tutkimuksissa havaitulle lajien väliselle interferenssille (8).

Katalaasinegatiivisten S. aureus -kantojen kliininen merkitys vaatii tutkimusta. Aiemmissa raporteissa katalaasinegatiivisia S. aureus -kantoja eristettiin verinäytteistä, katetreista, keuhkoputkien eritenäytteistä, haavaumista ja muista haavoista, joihin liittyi infektioita tai sairaalainfektioita (1, 2, 7, 10, 12). Vaikka näitä raportteja on vähän, ne antavat näyttöä siitä, että katalaasi ei ole patogeenisuuden ehdoton edellytys. On kuitenkin mahdollista, että patogeenisuus tai transmissiotehokkuus vähenee. Meidän tapauksessamme katalaasinegatiivinen MRSA-kanta eristettiin toistuvasti samasta potilaasta mutta ei koskaan muista teho-osaston tai yliopistollisen sairaalan potilaista. Ei ollut viitteitä siitä, että kanta olisi aiheuttanut infektion. Antibioottiresistenssimalli viittasi katalaasinegatiivisen MRSA-kannan ja muiden paikallisten MRSA-kantojen yhteiseen alkuperään. On olemassa vain harvoja, jos lainkaan, raportteja katalaasinegatiivisesta MRSA:sta, joka on eristetty potilaasta ilman, että isolaatilla olisi ollut ilmeistä sairautta. Tässä artikkelissa esitetään tässä mielessä ainutlaatuinen raportti. Tämä on myös ensimmäinen raportti katalaasinegatiivisesta S. aureus subsp. aureus -kannasta, joka on karakterisoitu molekyylimenetelmin.