Harnwegsinfektion: Wachstumsraten uropathogener E. coli-Stämme in situ untersucht

US-Wissenschaftler haben in einem Mausmodell für Harnwegsinfektionen das Wachstum uropathogener Escherichia coli-Stämme untersucht.

Das Wachstum von Bakterien innerhalb eines Organismus ist mitunter maßgebend dafür, ob eine Infektion ausgelöst wird. Während das Messen bakterieller Wachstumsraten in vitro Routine ist, bleibt die genaue Bestimmung dieser Wachstumsraten in vivo während einer Infektion eine Herausforderung.

Über die bakterielle Replikationsrate, die mittels Gesamtgenomsequenzierung (WGS) ermittelt werden kann, lässt sich die Wachstumsrate ersatzweise schätzen. Allerdings ist diese Methode mit hohen Kosten und Schwierigkeiten bei der Datenanalyse verbunden, da die Proben meist erhebliche Mengen an Wirts-DNA aufweisen.

Das Peak-to-Trough-Verhältnis (PTR) ist eine Methode zur Untersuchung der Wachstumsdynamik von Mikroorganismen, die anhand des Verhältnisses der Kopien der Replikationsursprünge (ori) zu denen der Termini (ter) berechnet wird, wie ursprünglich durch WGS definiert.

In der Studie von Erstautor Santosh Paudel und seinen Kollegen wurde eine multiplexe PCR mit fluoreszierenden Sonden verwendet, um die Wachstumsraten von Bakterien auf der Grundlage der Häufigkeit von ori- und ter-benachbarten Loci zu schätzen, ohne dass WGS erforderlich war.

Anstieg in früher Phase der Infektion

Die Nützlichkeit dieses Ansatzes belegen die Forschenden durch den Vergleich der Wachstumsraten des uropathogenen Escherichia coli (UPEC)-Stamms HM86 mittels WGS (PTR) und qPCR zur Messung des äquivalenten ori:ter (O:T^PCR). Dabei stellten sie fest, dass PTR und O:T^PCR stark korrelierten und dass O:T^PCR die mit herkömmlichen Methoden berechneten Wachstumsraten zuverlässig vorhersagte. Anschließend verwendeten die Forschenden den O:T^PCR, um die In-situ-Wachstumsraten von E. coli-Bakterien in Urin, Blase und Nieren zu berechnen, wobei die Organe im Laufe einer Woche aus einem Mausmodell für Harnwegsinfektionen (UTI) entnommen wurden.

Ihre Analysen zeigten, dass die Wachstumsrate von UPEC-Stämmen in der frühen Phase der Infektion (0–6 Stunden) allmählich anstieg und von einem langsamen Rückgang zu späteren Zeitpunkten gekennzeichnet war (1–7 Tage).

Zusammenfassend stellen die Autoren eine neuartige Methode vor, die zeitsparend sein soll und nach eigenen Angaben neue Erkenntnisse über die Dynamik des Bakterienwachstums während einer Harnwegsinfektion liefert. Sie kann außerdem sowohl in Tiermodellen als auch bei klinischen Infektionen auf andere Bakterienarten angewendet werden. Das könnte auch neue Einblicke in das Verhalten der Bakterien oder deren Interaktion mit Wirtszellen ermöglichen, so die Wissenschaftler.

(mk)