Hvorfor gir noen E. coli-bakterier mer alvorlig sykdom enn andre bakterier?

Blogger: Kjersti Haugum, Kjerstiførdisputas_web
ph.d, spesialbioingeniør ved St. Olavs Hospital

E. coli tilhører normal tarmflora hos mennesker og mange dyrearter. Likevel er det velkjent at enkelte varianter av bakterien kan gi sykdom hos mennesker. En slik variant av E. coli-bakterier inneholder giftstoffet shigatoksin og kalles på fagspråket Shigatoksinproduserende Escherichia coli (STEC). Slike bakterier kan i verste fall kan forårsake nyresviktsyndrom hos mennesker. I en doktorgradsavhandling nylig publisert ved NTNU, har jeg og mine kolleger i mikrobiologigruppa ved LBK forsket på hvorfor noen av disse bakteriene gir mer alvorlig sykdom enn andre.

Sykdomsfremkallende faktorer som har innvirkning på om vi blir syke eller ikke blir bestemt av genene eller arvematerialet til bakteriene. I vårt prosjekt ønsket vi å undersøke om det var mulig å identifisere spesielle gener i arvematerialet til bakteriene som kan benyttes til å skille STEC som kan gi alvorlig sykdom fra bakterier som gir mindre alvorlig sykdom.

STEC er bakterier som kan forårsake diaré/tarmsykdom hos mennesker. Symptomene kan variere fra mild diaré til blodig diaré og eventuelt hemolytisk-uremisk syndrom (HUS). Hemolytisk-uremisk syndrom kalles også nyresviktsyndrom og kan i verste fall føre til at en pasient dør. De aller fleste som blir alvorlig syke av denne type bakterier er små barn, og gjerne barn under fem år.

I Norge er STEC-infeksjon hos mennesker klassifisert som en allmennfarlig smittsom sykdom. Det vil derfor bli iverksatt ulike smitteforebyggende tiltak i tillegg til oppfølgende prøvetaking hos pasienter som diagnostiseres med STEC-infeksjon. Slike omfattende smitteverntiltak koster samfunnet betydelige beløp.

Det er derfor behov for ny kunnskap, i tillegg til det som allerede er kjent, om hvilke faktorer hos slike STEC som er assosiert med alvorlig sykdom slik at en i framtiden skal kunne gi mer presis rettledning til behandlende lege og pasient om betydningen av funn, og i mange tilfeller spare samfunnet for kostnader til unødige smitteverntiltak.

E.coli_STEC

E. coli finnes i tarmfloraen hos mennesker og dyr. Enkelte varianter, som STEC, kan til dels forårsake alvorlig sykdom hos mennesker. Fotoillustrasjon: Manfred Rohde/HZI

Viktige sykdomsfremkallende egenskaper hos STEC er produksjon av shigatoksiner. Shigatoksinene er giftstoffer som kan forårsake celledød i cellelaget som kler innsiden av små blodårer, spesielt i nyrene og hjernen hos mennesker. Det er dette som skjer når en pasient får nyresviktsyndromet HUS.

En annen viktige sykdomsfremkallende faktor hos slike bakterier er evnen til å feste seg til tarmslimhinnen ved hjelp av et tilheftingsprotein som kalles intimin, i tillegg til flere andre potensielle sykdomsfremkallende faktorer.

Årsakene til at noen mennesker blir mer syke enn andre har ikke vært kjent, men det har vært stilt spørsmål ved om noen bakterier har flere potensielle sykdomsfremkallende egenskaper enn andre, og derfor gir mer alvorlig sykdom.

For å prøve å finne ut av dette undersøkte vi flere typer STEC-bakterier med ulike metoder i prosjektet.  Vi undersøkte også forekomsten av STEC-bakterier hos pasienter med diarésykdom ved St. Olavs hospital fra 1996-2011, der bakteriene ble funnet ved hjelp av PCR-metodikk. Resultatene viste at fra 1996-2011 ble det funnet STEC-bakterier i 138 av 12 650 (1,09 %) pasienter med diarésykdom.

Over halvparten av pasientene var barn under fem år, hvorav 11 pasienter hadde HUS. Alle de 138 STEC-bakteriene ble undersøkt for utvalgte gener for å se om det var mulig ved hjelp av disse genene å skille de bakteriene som er funnet hos pasienter med mest alvorlig sykdom fra de med mindre alvorlig sykdom. I bakteriene fra pasienter med HUS ble det funnet en rekke gener som ofte er forbundet med alvorlig sykdom. Disse genene ble imidlertid også funnet i noen STEC hos pasienter med mindre alvorlig sykdom, og de utvalgte genene egnet seg derfor ikke til å skille mellom STEC-bakterier som gir HUS og STEC som gir mindre alvorlig sykdom.

En annen metode som benyttes for å finne gener som kan skille mellom ulike typer bakterier er helgenom DNA-sekvensering, der alle genene i en bakterie blir beskrevet og sammenlignet. Vi benyttet oss derfor av helgenomsekvensering av 95 norske STEC-bakterier fra pasienter med HUS og pasienter med mindre alvorlig sykdom for å prøve å finne gener som kunne brukes til å skille disse bakterier fra hverandre.

Denne analysemetoden viste at det var et stort utvalg ulike gener i de 95 STEC-isolatene.Sammenligning av alle genene i bakteriene viste imidlertid at det heller ikke her var mulig å skille sikkert mellom de bakteriene som hadde forårsaket HUS eller mildere sykdom. Ved undersøkelse av slektskap mellom de ulike STEC-bakteriene så vi at det generelt sett var store forskjeller, selv om bakterier som var forbundet med HUS plasserte seg i to spesifikke grupper.

Analysene med de ulike metodene i dette prosjektet viste at det ikke var klare forskjeller mellom bakteriene  på gennivå. I tillegg til egenskaper hos bakteriene vil det også være andre faktorer som spiller inn for at en person skal blir syk.

Miljøfaktorer og ulike faktorer i oss mennesker som alder og immunsystem vil også avgjøre hvor sårbare vi er ved smitte av bakterier. Utvikling av sykdom vil derfor være et samspill mellom alle disse faktorene, og vi kan med andre ord ikke forutsi hvem som blir alvorlig syk eller ikke.