Einblicke in Biofilme bei Endokarditis

BIOFILMZENTRUM

Einblicke in Biofilme bei Endokarditis

Annette Moter Biofilmzentrum Deutsches Herzzentrum Berlin

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Biofilme Komplexe Lebensgemeinschaften:  Eingebettet in EPS‐Matrix  Nahrungsketten  Kommunikation (Quorum Sensing)  Ruhende Zellen (Persister, VBNC,…)

Resistenter Toleranter gegenüber Antibiotika

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Biofilme (Costerton et al. 1978) komplexe sesshafte Lebensgemeinschaften

“Hard to detect and hard to treat“ = Schwer zu detektieren und schwer zu behandeln

Problem: • schwer nachweisbar da oft kulturnegativ

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NIH: “Biofilms are medically important, accounting for  over 80 percent of microbial infections in the body”

Derzeit fehlen sowohl diagnostische Nachweismethoden als auch therapeutische Konzepte

?

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Fluoreszenz in situ Hybridisierung

FISH Sonde

Fixierung

Objektträger

Zielstruktur

Hybridisierung

Waschen

Mikroskopie

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FISH •

molekulare Methode

•

wer?

•

wo?

•

wieviele?

•

wie aktiv?

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FISH

DNA 16S rRNA gene PCR Sequencing

• who? • where? • how many? • how active?

Species identification

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Endocarditis Heart valve tissue section

E. faecalis DAPI Background, Erythrocytes

100µm

10 µm Curr Infect Dis Rep (2010) 12:244–252

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Endocarditis Koagulase negative staphylococci: Differentiation between contamination and infection

Bacteria

Staphylococcus spp. Curr Infect Dis Rep 2011

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Endocarditis discriminative orange fluorescence intensity indicates differential ribosomal content of the cells

Streptococcus DAPI Background, Erythrocytes

Curr Infect Dis Rep (2010) 12:244–252

B I O F I L M Z E NBiofilme TRUM Mikrobielle

A. Moter

Prosthetic heart valves, Charité culture

FISH/PCR CNS

9

6

S. aureus Strep

5

7

Enterococcus

10

P. acnes

7

T. whipplei

3

Coxiella Candida

53

9

Listeria

66

Acinetobacter Spezies? negativ

2

A. Moter

B I O F I L M Z E NBiofilme TRUM Mikrobielle

20%

Prosthetic heart valves Culture  versus FISH/PCR culture  = FISH/PCR positive culture + FISH/PCR ‐

49%

7%

FISH/PCR different species 3%

culture ‐ FISH/PCR + 21%

culture = FISH/PCR negative

B I A. OM F oI Lt eMr Z- EB N Tf iRl mUsM io Mikrobielle Biofilme

A. Moter

FISH - Limitationen • Postoperativ

• ‚Snapshot‘ • ‚DAPI only‘ - Fälle • keine ‚stand alone‘ Technik

A. Moter

B I O F I L M Z E NBiofilme TRUM Mikrobielle

FISH/PCR erlaubt • Detektion und Identifikation in kulturnegativen Fällen • Diskriminierung zwischen Kontamination und Infektion • Menge und Verteilung im Gewebe

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Biofilm assoziierte Infektionen • Kultur und Resistenzmessung (MHK) ist zur Zeit der Goldstandard mikrobiologischen Diagnostik • Standardisiert und reproduzierbar • Jahre klinischer Erfahrung der MHK-Interpretation

Aber: • kulturelles Wachstum unerlässlich • Sensitivität in vivo in Biofilmen ist anders

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Endocarditis • Endocarditis ist ein Biofilm-Problem • Vitale Bakterien in kulturnegativen Fällen • Antibiotikatoleranz ist in vivo höher, als wir in vitro messen

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Fälle und Raritäten

Biofilm associated infections

Patient, 57J • Jan 2014 • August 2015

AKE bei kombiniertem Vitium, Bioprothese Leistungsknick, Dyspnoe, Paravalvuläre Leckage

• Kultur: • 16S rRNA-Gen:

negativ M. abscessus/chelonae/ massiliense/bolletti 99,9% Identität über 474 BP • Labor Uni Regensburg: rpoB-Gen M. chelonae

Infektionsquelle???

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Biofilm associated infections

Biofilm associated infections

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Biofilme in der Endokarditis • sind komplex aber nicht chaotisch • sind relevant in vivo • haben einen großen Einfluss auf den Infektionsverlauf

Biofilm associated infections

FISH + PCR/Sequenzierung • Detektion und Identifikation in kulturnegativen Fällen • Diskriminierung zwischen Kontamination und Infektion • Menge und Verteilung im Gewebe • Indikator für Aktivität • ein wichtiger Beitrag zur Diagnostik

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DHZB

DHZB V. Falk

Judith Kikhney David Hrankovic Jenny Hoffmann Laura Kursawe Pablo Rojas Julia Schulze Smita Sutrave Alexandra Wießner Julia Drescher Benjamin Gocht Antje Müller Annett Petrich Dinah Schmiedel

Brush your teeth! Traunstein J. Fraunhofer

S. Hübler F. Kaufmann T. Krabatsch M. Musci E. Potapov F. Schönrath K. Schönrath C. Starck

Trostberg T. Glück

Charité

K. Affeld P. Dohmen G. Gabel H. Grubitzsch O. Kumpf L. Goubergrids U. Kertzscher

Bogenhausen W. Eichinger P. Neumeier-Prauser und Team