Produktion av katalas anses vara en virulensdeterminant hos Staphylococcus aureus, vilket gör det möjligt för bakterier att bättre motstå intra- och extracellulär avdödning med väteperoxid (4, 5). Staphylococcus-arter är katalaspositiva och fakultativt anaeroba, utom S. aureus subsp. anaerobius och S. saccharolyticus, som är katalasnegativa och anaeroba. Den sistnämnda anses i allmänhet vara apatogen. S. aureus katalas kodas av katA-genen, som har en öppen läsram på 1 518 bp och kodar för ett protein med 505 aminosyror (9). S. aureus subsp. anaerobius har en muterad gen, kallad katB, som är 1 368 bp lång och kodar för en polypeptid med 455 aminosyror. Jämfört med nukleotidsekvensen för katA uppvisade katB sex missense-mutationer och en deletion med ett enda baspar, belägen vid bp 1338 uppströms från initieringskoden, vilket orsakar en förskjutning av nukleotidläsningsramen och en för tidig translationsterminering vid bp 1368 (9).

Akultativt anaeroba, katalasnegativa S. aureus stammar har rapporterats. Ingen av dem har dock karakteriserats med molekylära metoder (1, 2, 7, 10, 12). Vi beskriver här ett katalasnegativt meticillinresistent S. aureus-isolat (MRSA) som karakteriserades genom amplifiering och sekvensering av den förmodade katalasgenen. Såvitt vi vet är detta den första molekylära beskrivningen av en katalasnegativ S. aureus subsp. aureus-stam.

En 65-årig man lades in på intensivvårdsavdelningen på kirurgiska avdelningen vid universitetssjukhuset i Mainz. Han var multimorbid och led av alkoholtoxisk levercirros, arteriell hypertoni, kranskärlssjukdom, hjärtsvikt (klass II enligt New York Heart Associations klassificering), diabetes mellitus och kronisk obstruktiv lungsjukdom. Ett trakealsekretprov togs för rutinmässig mikrobiologisk undersökning, utan att tecken på någon infektion var uppenbara vid den tidpunkten.

Trakealsekretprovet behandlades konventionellt och gräddiga beta-hemolytiska kolonier, typiska för S. aureus, observerades på 5 % fårblodagar. Isolatet testades upprepade gånger negativt för katalas efter antingen aerob eller anaerob inkubation, även vid den femte subkulturen. Det växte bra både aerobt och anaerobt. Resultaten av både glidkoagulastestet och DNastestet var starkt positiva. BBL CRYSTAL-systemet för grampositiva bakterier (Becton Dickinson Company, Sparks, MD) och API Staph-systemet (bioMérieux, Marcy l′Etoile, Frankrike) identifierade isolatet som S. aureus med 98,6 % respektive 97,8 % sannolikhet (profilkoder 0064773465 och 6736153). DNA-sekvensanalys av 16S rRNA-genen bekräftade att stammen var S. aureus subsp. aureus. Denna stam har deponerats i DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures) under nummer DSM 18827.

Antibiotikakänslighet bestämdes genom diskdiffusion på Mueller-Hinton-agar enligt CLSI:s (Clinical and Laboratory Standards Institute) riktlinjer. Stammen var resistent mot penicillin, oxacillin, cefaclor, cefuroxim, erytromycin, klindamycin och ciprofloxacin men känslig för gentamicin, rifampicin, sulfametoxazol-trimethoprim, vankomycin, teicoplanin och linezolid. Detta representerar den typiska fenotypen för endemiska MRSA-stammar som observerats vid vårt institut. Stammen bekräftades ytterligare som MRSA genom att använda PCR för att identifiera mecA- och S. aureus-specifika gener enligt tidigare beskrivning (6).

Nukleotidsekvensen av S. aureus-katalasgenen i den katalasnegativa MRSA-stammen amplifierades genom PCR med hjälp av primers som beskrivits tidigare (9), och båda strängarna sekvenserades med hjälp av färgämnesterminatorkemi med en ABI PRISM 3700 DNA-analysator. Sekvensanalysen visade 99,60 % identitet med katalasgenen katA från MRSA-stammen Mu50 eller N315 (Gen Bank accession no. BA000017 respektive BA000018), med en skillnad på 6 nukleotider vid positionerna 1152 och 1388-1392 uppströms från initieringskoden. Den enbasiga substitutionen (T) vid bp 1152 uppströms från initieringskoden utgjorde en tyst mutation. Deletion av fem baser (AAACG) (bp 1388-1392 uppströms från initieringskoden) ledde dock till en förskjutning av nukleotidläsningsramen, med följden att på varandra följande aminosyror ersattes och att översättningen avslutades i förtid vid bp 1418. På samma sätt var vår katalasgensekvens 99,54 % identisk med katA-sekvenserna från S. aureus subsp. aureus-stammarna MSSA476, COL, NCTC 8325, USA300 och MW2, vars kompletta genom också sekvenserades, med upprepad bekräftelse av samma 5-bas-deletion.

Denna mutation skiljer sig således fundamentalt från mutationer som har beskrivits för katalasgenen katB hos katalasnegativa S. aureus subsp. anaerobius-stammar (GenBank accession No. AJ000471) (9). Konsekvenserna av en deletion i katalasets C-terminala region verkade dock vara desamma, dvs. en förskjutning av nukleotidläsningsramen, en tidig termineringskodon och en förlust av den enzymatiska aktiviteten.

Två Staphylococcus-arter, S. aureus subsp. anaerobius och S. saccharolyticus, är kända för att inte producera katalas. Vår stam skiljer sig från dessa arter på grundval av dess förmåga att växa bra under aeroba förhållanden, dess uttryck av klumpningsfaktor, dess produktion av syra från trehalos och laktos och dess 16S rRNA-sekvens.

Katalaser, eller rättare sagt hydroperoxidaser, är enzymer som är involverade i nedbrytningen av väteperoxid (som genereras under cellmetabolism eller påträffas vid infektion av värden) till vatten och molekylärt syre. Katalas har länge varit inblandat som en virulensdeterminant hos S. aureus. Betydelsen av in vivo-uttryck av de oxidativa stressenzymerna katalas och superoxiddismutas har antytts genom analys av kliniska isolat med reducerade nivåer av uttryck av dessa enzymer (4, 5). S. aureus subsp. anaerobius är mycket nära besläktad med S. aureus sensu stricto och delar med den förmågan att producera extracellulära toxiner och enzymer, men har en mycket lägre patogen potential än S. aureus (9). Både intracellulär överlevnad och extracellulär multiplikation spelar viktiga roller i patogenesen för S. aureus-infektioner. Intracellulär överlevnad i neutrofiler, endotelceller, epitelceller och osteoblaster har beskrivits förekomma i S. aureus och kräver därmed att bakterierna kan motstå oxidativ stress (3). Katalas är en kritisk komponent för att upprätthålla livskraft under långvarig svält, en förmåga som är viktig för den nosokomiala överföringen av S. aureus eller MRSA (11). Slutligen är produktionen av katalas en viktig mekanism som gör det möjligt för S. aureus att samexistera med mikroorganismer som genererar väteperoxid i en aerob miljö som de övre luftvägarna. Streptococcus pneumoniaes bakteriedödande aktivitet mot S. aureus verkar förmedlas av väteperoxid, vilket ger en möjlig mekanistisk förklaring till den interspeciesinterferens som observerats i epidemiologiska studier (8).

Den kliniska relevansen av katalasnegativa S. aureus-stammar måste undersökas. I tidigare rapporter isolerades de katalasnegativa S. aureus-stammarna från blodprover, katetrar, prover från bronkialsekret, sår och andra sår i samband med infektioner eller nosokomiala endemier (1, 2, 7, 10, 12). Även om dessa rapporter är få, ger de bevis för att katalas inte är ett absolut krav för patogenicitet. Det är dock möjligt att patogeniteten eller överföringseffektiviteten minskar. I vårt fall isolerades den katalasnegativa MRSA-stammen upprepade gånger från samma patient men aldrig från andra patienter på intensivvårdsavdelningen eller universitetssjukhuset. Det fanns inga indikationer på att stammen hade orsakat en infektion. Antibiotikaresistensmönstret tyder på ett gemensamt ursprung för den katalasnegativa MRSA-stammen och andra lokala MRSA-stammar. Det finns få, om ens några, rapporter om katalasnegativ MRSA som har isolerats från en patient utan uppenbar sjukdom från isolatet. I denna artikel presenteras en unik rapport i detta avseende. Detta är också den första rapporten om en katalasnegativ S. aureus subsp. aureus-stam som karakteriseras med molekylära metoder.