De productie van catalase wordt beschouwd als een virulentiedeterminant in Staphylococcus aureus, waardoor bacteriën beter bestand zijn tegen intra- en extracellulaire doding door waterstofperoxide (4, 5). Staphylococcus-soorten zijn katalase-positief en facultatief anaëroob, met uitzondering van S. aureus subsp. anaerobius en S. saccharolyticus, die katalase-negatief en anaëroob zijn. Deze laatste wordt over het algemeen als apathogeen beschouwd. S. aureus catalase wordt gecodeerd door het katA-gen, dat een open leesraam van 1.518 bp heeft en codeert voor een eiwit met 505 aminozuren (9). S. aureus subsp. anaerobius bezit een gemuteerd gen, katB genaamd, dat 1.368 bp lang is en codeert voor een polypeptide van 455 aminozuren. Vergeleken met de nucleotidesequentie van katA, vertoonde die van katB zes missense mutaties en een single-base-paar deletie, gelegen op bp 1338 stroomopwaarts van het initiatiecodon, die een verschuiving van het nucleotide leesframe en voortijdige translatie-eindiging op bp 1368 veroorzaakt (9).

Facultatief anaërobe, katalase-negatieve S. aureus stammen zijn gerapporteerd. Geen van hen is echter met moleculaire methoden gekarakteriseerd (1, 2, 7, 10, 12). Wij beschrijven hier een catalase-negatief methicilline-resistente S. aureus (MRSA) isolaat dat werd gekarakteriseerd door amplificatie en sequencing van het putatieve catalase gen. Voor zover wij weten, is dit de eerste moleculaire beschrijving van een catalase-negatieve S. aureus subsp. aureus stam.

Een 65-jarige man werd opgenomen op de intensive care afdeling van de afdeling chirurgie van het Universitaire Ziekenhuis Mainz. Hij was multimorbide, leed aan alcohol-toxische levercirrose, arteriële hypertensie, coronaire hartziekte, hartfalen (klasse II volgens de New York Heart Association classificatie), diabetes mellitus, en chronisch obstructieve longziekte. Er werd een trachea-afscheidingsmonster genomen voor routine microbiologisch onderzoek, zonder dat er op dat moment tekenen van enige infectie waarneembaar waren.

Het trachea-afscheidingsmonster werd op conventionele wijze verwerkt, en er werden romige beta-hemolytische kolonies, typisch voor S. aureus, waargenomen op 5% schapenbloed agar. Het isolaat testte herhaaldelijk negatief op catalase na zowel aerobe als anaerobe incubatie, zelfs bij de vijfde subcultuur. Het groeide zowel aëroob als anaëroob goed. De resultaten van zowel de dia-coagulasetest als de DNasetest waren sterk positief. Het BBL CRYSTAL-systeem voor grampositieve bacteriën (Becton Dickinson Company, Sparks, MD) en het API Staph-systeem (bioMérieux, Marcy l′Etoile, Frankrijk) identificeerden het isolaat als S. aureus met een waarschijnlijkheid van 98,6% en 97,8% (profielcodes 0064773465 en 6736153), respectievelijk. DNA-sequentieanalyse van het 16S rRNA-gen bevestigde de stam als S. aureus subsp. aureus. Deze stam werd gedeponeerd in de DSMZ (Duitse verzameling van micro-organismen en celculturen) onder het nummer DSM 18827.

Antibiotische gevoeligheid werd bepaald door schijfdiffusie op Mueller-Hinton agar op basis van de richtlijnen van CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute). De stam was resistent tegen penicilline, oxacilline, cefaclor, cefuroxime, erytromycine, clindamycine en ciprofloxacine, maar gevoelig voor gentamicine, rifampine, sulfamethoxazol-trimethoprim, vancomycine, teicoplanine en linezolid. Dit vertegenwoordigt het typische fenotype van endemische MRSA-stammen die in ons instituut worden waargenomen. De stam werd verder bevestigd als MRSA door gebruik te maken van PCR om mecA- en S. aureus-specifieke genen te identificeren, zoals eerder beschreven (6).

De nucleotidenvolgorde van het S. aureus katalase-gen in de katalase-negatieve MRSA-stam werd geamplificeerd door PCR met gebruikmaking van primers die eerder zijn beschreven (9), en beide strengen werden gesequeneerd met gebruikmaking van dye terminator-chemie met een ABI PRISM 3700 DNA-analysator. De sequentie-analyse toonde 99,60% identiteit met die van het katalase-gen katA van MRSA-stam Mu50 of N315 (Gen Bank-toetredingsnr. BA000017 of BA000018, respectievelijk), met een verschil in 6 nucleotiden op posities 1152 en 1388 tot 1392 stroomopwaarts van het initiëringscodon. De vervanging van één enkele base (T) op bp 1152 stroomopwaarts van het initiëringscodon vertegenwoordigde een stille mutatie. Een deletie van vijf basen (AAACG) (bp 1388 tot 1392 stroomopwaarts van het initiatiecodon) leidde echter tot een verschuiving van het nucleotide leeskader, met als gevolg de vervanging van opeenvolgende aminozuren en voortijdige beëindiging van de translatie bij bp 1418. Evenzo was onze sequentie van het katalase-gen 99,54% identiek aan de katA-sequenties van S. aureus subsp. aureus-stammen MSSA476, COL, NCTC 8325, USA300, en MW2, waarvan ook volledige genomen werden gesequeneerd, met herhaalde bevestiging van dezelfde 5-basen deletie.

Deze mutatie verschilde dus fundamenteel van mutaties die zijn beschreven voor het katalase-gen katB van katalase-negatieve S. aureus subsp. anaerobius stammen (GenBank-toetredingsnr. AJ000471) (9). De gevolgen van een deletie in de C-terminale regio van catalase leken echter dezelfde te zijn, d.w.z. een verschuiving van het nucleotide leesframe, een vroeg terminatiecodon, en een verlies van de enzymatische activiteit.

Twee Staphylococcus soorten, S. aureus subsp. anaerobius en S. saccharolyticus, staan bekend om het niet produceren van catalase. Onze stam verschilt van deze soorten op basis van zijn vermogen om goed te groeien onder aërobe omstandigheden, zijn expressie van klonterfactor, zijn productie van zuur uit trehalose en lactose, en zijn 16S rRNA-sequentie.

Catalasen, of correcter, hydroperoxidasen, zijn enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van waterstofperoxide (gegenereerd tijdens het celmetabolisme of aangetroffen tijdens een gastheerinfectie) tot water en moleculaire zuurstof. Catalase wordt al lang genoemd als een virulentiedeterminant in S. aureus. Het belang van in vivo expressie van de oxidatieve stress-enzymen catalase en superoxide dismutase is gesuggereerd door de analyse van klinische isolaten met verlaagde expressieniveaus van deze enzymen (4, 5). S. aureus subsp. anaerobius is zeer nauw verwant aan S. aureus sensu stricto en deelt met haar het vermogen om extracellulaire toxinen en enzymen te produceren, maar heeft een veel geringer pathogeen potentieel dan S. aureus (9). Zowel intracellulaire overleving als extracellulaire vermenigvuldiging spelen een belangrijke rol in de pathogenese van S. aureus-infecties. Intracellulaire overleving in neutrofielen, endotheelcellen, epitheelcellen en osteoblasten is beschreven bij S. aureus en vereist daarbij dat de bacterie oxidatieve stress kan weerstaan (3). Katalase is een kritische component voor het behoud van de levensvatbaarheid tijdens langdurige verhongering, een vermogen dat belangrijk is voor de nosocomiale overdracht van S. aureus of MRSA (11). Tenslotte is de productie van catalase een belangrijk mechanisme dat S. aureus in staat stelt te coëxisteren met micro-organismen die waterstofperoxide genereren in een aërobe omgeving zoals de bovenste luchtwegen. De bactericide activiteit van Streptococcus pneumoniae tegen S. aureus wordt blijkbaar gemedieerd door waterstofperoxide, wat een mogelijke mechanistische verklaring biedt voor de interspecies interferentie waargenomen in epidemiologische studies (8).

De klinische relevantie van catalase-negatieve S. aureus stammen vereist studie. In eerdere rapporten werden de catalase-negatieve S. aureus-stammen geïsoleerd uit bloedmonsters, katheters, bronchiale afscheidingsmonsters, ulcera en andere wonden geassocieerd met infecties of nosocomiale endemieën (1, 2, 7, 10, 12). Hoewel het er weinig zijn, leveren deze rapporten het bewijs dat catalase geen absolute vereiste is voor pathogeniciteit. Het is echter mogelijk dat de pathogeniciteit of de transmissie-efficiëntie wordt verminderd. In ons geval werd de catalase-negatieve MRSA-stam herhaaldelijk geïsoleerd van dezelfde patiënt, maar nooit van andere patiënten van de intensive care-afdeling of het academisch ziekenhuis. Er waren geen aanwijzingen dat de stam een infectie had veroorzaakt. Het antibioticaresistentiepatroon suggereerde een gemeenschappelijke oorsprong voor de catalase-negatieve MRSA-stam en andere lokale MRSA-stammen. Er zijn weinig of geen rapporten van catalase-negatieve MRSA die geïsoleerd werd uit een patiënt zonder duidelijke ziekte van het isolaat. Dit artikel presenteert een uniek verslag in deze zin. Dit is ook het eerste verslag van een catalase-negatieve S. aureus subsp. aureus stam gekarakteriseerd met moleculaire methoden.