Staphylococcus aureus Pathogenese: Von der Sepsis zur hämatogenen chronischen Knocheninfektion

Staphylococcus aureus ist ein fakultativ pathogenes Bakterium, das epitheliale Oberflächen vieler Gesunder kolonisiert, aber dennoch einer der häufigsten Erreger von Sepsis darstellt. Während einer Blutstrominfektion kann S. aureus verschiedene Organe infizieren und invasive Infektionen auslösen, wie eine Osteomyelitis (Knocheninfektion). Eine hämatogene Knocheninfektion ist eine schwere Komplikation einer S. aureus Bakteriämie/Sepsis, da eine Osteomyelitis eine lange Behandlung erfordert. Die Ursache dafür ist wahrscheinlich in der komplexen Interaktion von S. aureus mit Knochengewebe begründet. S. aureus verfügt über eine Vielzahl von Virulenzfaktoren, wie adhäsive Oberflächenmoleküle (Adhäsine), Toxine und zytotoxische Peptide. Im Allgemeinen ist die Ausstattung mit Virulenzfaktoren sehr Stamm-spezifisch. Bisher konnten jedoch noch keine Virulenzfaktoren identifiziert werden, die für die hämatogene Ausbreitung und bakterielle Absiedlung ins Knochengewebe verantwortlich sind. In unserer Studie planen wir klinische S. aureus Isolate von hämatogener Spondylodiszitis/Osteomyelitis zu sammeln und zu charakterisieren und sie mit Isolaten von Sepsis ohne Metastasierung oder mit Kolonisationsisolaten aus der Nase zu vergleichen. Alle Isolate werden molekularbiologisch auf ihre Virulenzfaktorexpression und mittels funktioneller Assays auf ihre Infektionsstrategien untersucht. Weiterhin werden wir Raman-Spektroskopie als optische Methode anwenden, um charakteristische Merkmale zwischen den Gruppen zu erarbeiten. Damit der gesamte Prozess der hämatogenen Osteomyelitisentstehung analysiert werden kann, werden wir ausgewählte S. aureus Stämme in einem murinen Sepsismodell testen, bei dem, ähnlich wie beim Menschen, eine chronische Osteomyelitis als Folgeerkrankung auftritt. An diesem in-vivo Modell planen wir weiterhin neuartige Bildgebungsmethoden (Zwei-Photonen-Mikroskopie und MRT-Messungen) zu entwickeln, um den Pathogeneseprozess von Sepsis zur Osteomyelitis zu untersuchen. Die Identifizierung von Virulenzmustern, die es S. aureus ermöglichen, hämatogene metastatische Knocheninfektionen zu etablieren, ist die Voraussetzung, um neue präventive und therapeutische Möglichkeiten zu erarbeiten.