Bartonella-infectie: Treatment and Drug Resistance

Antibioticabehandeling van Bartonellose

De behandeling van Bartonella-infecties met antibiotica hangt af van de klinische presentatie van de ziekte en de immuunstatus van de patiënt; de huidige aanbevelingen voor behandeling moeten dus aan elke klinische situatie worden aangepast.

Antibiotica-gevoeligheidstesttechnieken

Agarverdunningsmethode De agarverdunningsmethode wordt gebruikt voor in vitro antibiotica-gevoeligheidstesten voor Bartonella-isolaten, zoals eerder beschreven door Maurin et al. Bartonella stammen werden gekweekt op Columbia agar aangevuld met 5% schapenbloed. De culturen werden bovendien aangevuld met tweevoudige seriële verdunningen van het antibioticum van belang. De cellen werden na 5 dagen incubatie geoogst en werden gesuspendeerd in fosfaatbuffer (pH 7,4). Een tienvoudige verdunning van de bacteriesuspensies bij een concentratie die overeenkomt met die van de McFarland 0,5-standaard werd gebruikt voor de antibiotica-tests; de concentratie komt overeen met ongeveer 106 kolonievormende eenheden/ml, zoals bepaald met de kolonievormende-eenheid-techniek. In totaal werd 10 µl van elke bacteriesuspensie uitgeplaat op met bloed gevulde agar. De platen werden geïncubeerd bij 37°C in een CO2-atmosfeer van 5%. De bacteriegroei werd na 5 dagen incubatie geëvalueerd door vergelijking met de groei op antibiotica-vrije agar-controles. De minimaal remmende concentratie (MIC) is gedefinieerd als de eerste antibioticaconcentratie die na 5 dagen incubatie remming van de groei mogelijk maakt.

Etest Assay Etest assay is onlangs gebruikt om de gevoeligheid voor antibiotica bij Bartonella te evalueren. De gradiënt van antibioticum omvat een stabiele, continue en exponentiële gradiënt van antibioticumconcentratie direct onder de strip. Na incubatie, wanneer bacteriegroei zichtbaar wordt, wordt een symmetrische remmingsellips gecentreerd langs de strip gezien. De MIC (in µg/ml) wordt direct afgelezen van de schaal waar de ellips de strook snijdt. Bartonella-isolaten worden gekweekt op Columbia 5% schapenbloed agarplaten, en de antibiotica-gevoeligheidstest van alle Bartonella-isolaten wordt uitgevoerd met de beschikbare Etest-strips voor verschillende antibiotica, zoals aanbevolen door de fabrikant. De MIC wordt gemeten na een incubatie van 5-12 dagen (figuur 1). Een eerdere studie heeft aangetoond dat de MIC-resultaten verkregen met Etest betrouwbaar waren en goed correleerden met de resultaten met behulp van agar-verdunningsmethode.

Antibiotische gevoeligheidsresultaten

Op basis van in-vitrotesten zijn Bartonella-soorten gevoelig voor veel antibiotica, waaronder penicilline en andere op cefalosporine gebaseerde verbindingen, (bijv, aminoglycosiden, chlooramfenicol, tetracyclinen, macrolideverbindingen, rifampine, fluorochinolonen en co-trimoxazol). De in vitro gevoeligheidsresultaten correleren echter niet consequent met de in vivo gegevens van patiënten; zo is penicilline in vivo niet werkzaam ondanks de zeer lage MIC’s die in vitro zijn waargenomen. Gevoeligheidsstudies op agar hebben ook aangetoond dat veel antibiotica in vitro slechts bacteriostatisch zijn tegen Bartonella-soorten. Eerdere studies toonden aan dat, in vitro, aminoglycosiden de enige klasse van antibiotica zijn die bactericide zijn tegen Bartonella species gekweekt in vloeibaar medium of in endotheliale cellen.

Mechanismen van resistentie tegen antibiotica bij Bartonella

De voornaamste mechanismen waardoor antimicrobiële middelen werken zijn interferentie met de synthese van nucleïnezuur, binding aan het ribosoom, en remming van de synthese van de celwand en het foliumzuurmetabolisme. Bacteriën kunnen resistentie tegen antibiotica ontwikkelen door twee genetische processen. Ten eerste door mutatie en selectie (verticale genoverdracht) en ten tweede door uitwisseling van genen tussen stammen en soorten (horizontale genoverdracht). Voor intracellulaire bacteriën, waaronder Bartonella soorten, is antibioticaresistentie voornamelijk te wijten aan spontane mutaties of intrinsieke mutaties in de doelgenen (d.w.z. verticale genoverdracht), die verderop in dit artikel worden besproken. Wij hebben echter onlangs voor het eerst de mogelijkheid aangetoond van laterale genoverdracht van een conjugatief plasmide tussen Bartonella rattaustraliani en andere bacteriën, waaronder B. henselae of rhizobiales. Dit kan suggereren dat antibioticaresistentiegenen lateraal kunnen worden overgedragen en dat dit in de toekomst verder moet worden onderzocht.

Natuurlijke antibioticaresistentie Heterogeniteit van gevoeligheid van 20 nieuwe Bartonella-isolaten voor fluorochinolonen, geïsoleerd uit Australische zoogdieren, is onlangs onderzocht in een van onze studies. In deze studie vonden we dat ciprofloxacine in vitro effectiever was dan ofloxacine. Deze heterogeniteit werd in verband gebracht met een natuurlijke mutatie, Ser 83→Ala, in de quinolon resistentie bepalende regio (QRDR) van gyrA. Interessant is dat een in silico genoomanalysestudie een natuurlijke mutatie op positie 83 van de QRDR-regio (Ser 83→Ala) van gyrA aan het licht bracht, die aanwezig is in drie Bartonella-soorten (B. bacilliformis, B. quintana en B. henselae). Vele studies hebben aangetoond dat soorten die van nature een serineresidu op positie 83 van gyrA bezitten gewoonlijk vatbaar zijn voor fluoroquinolonen, terwijl de aanwezigheid van een alanine op deze kritieke positie gewoonlijk overeenkomt met natuurlijke resistentie tegen deze antibiotica.

Op vergelijkbare wijze werd een A2059G transitie in het 23S rRNA-coderende gen dat verantwoordelijk is voor erytromycineresistentie gedetecteerd in één van de 15 lymfeklieren van patiënten met CSD. Deze knoop werd geëxcideerd van een 10-jarig vrouwtje dat vóór de excisie niet met antibiotica was behandeld, wat suggereert dat natuurlijk voorkomende erytromycine-resistente stammen mensen kunnen infecteren.

In vitro antibioticaresistentie Recentelijk zijn specifieke antibioticaresistentiemutaties gekarakteriseerd in B. henselae, B. quintana en B. bacilliformis, geselecteerd door in vitro seriële passages (tabel 1).

In Bartonella-soorten zijn verschillende mechanismen van erytromycineresistentie (Figuur 2A) gerapporteerd in in vitro studies. Eerder hebben we aangetoond dat de volledig erytromycine-resistente stam van B. quintana verkregen na de 16e passage in vitro een repeat insertie van 27 basen in het ribosomale eiwit L4, wat resulteert in een insertie van negen herhaalde aminozuren tussen aminozuren R71 en A72 in de zeer geconserveerde regio van het eiwit had. Recent hebben wij verschillende mutaties gerapporteerd in het 23S rRNA coderende gen en het L4 ribosomaal eiwit in B. henselae stam Marseille en in andere B. henselae erytromycine-resistente mutanten in vitro. Van de meeste mutaties in het 23S rRNA-coderende gen (b.v. A2058G, A2058C en C2611T) is eerder aangetoond dat ze erytromycineresistentie veroorzaken bij andere bacteriën. Wij vonden aminozuurmutaties op twee verschillende posities (G71R en H75Y) in het L4 ribosomaal eiwit in erytromycine-resistente mutanten van B. henselae. Een A2058G mutatie in een erytromycine-resistente stam van B. bacilliformis is ook door ons team gerapporteerd. Een recentere studie toonde aan dat azithromycine slechts werkzaam was tot de tweede passage voor B. henselae isolaten verkregen van katten. Vergeleken met de ouderstam had elke azithromycine-resistente B. henselae mutant een homogene enkelvoudige nucleotide substitutie op positie 2058 (A2058G, Escherichia coli nummering) in het 23S rRNA coderende gen.

Wij hebben ook een gentamicine-resistente stam van B. henselaein vitro geselecteerd. Het 16S rRNA-coderende gen, het kandidaat-gen voor gentamicine-resistentie (Figuur 2A), werd gekarakteriseerd door sequentie-analyse. De gentamicine-resistente mutant van B. henselae droeg een A1408G-mutatie in het 16S rRNA-coderende gen, zoals wordt weergegeven door de dubbele A/G-piek. Bovendien is deze mutatie de meest frequent gevonden mutatie in gentamicine-resistente klinische isolaten bij andere bacteriële soorten. Hoewel we een gentamicine-resistente mutant in vitro verkregen, werd deze mutant pas na negen passages (18 weken) verkregen, wat suggereert dat selectie van dergelijke gentamicine-resistente stammen in vivo waarschijnlijk niet zal optreden.

Fluoroquinolonen zijn op grote schaal gebruikt voor de behandeling van Bartonella-infecties bij de mens en in de diergeneeskunde. Fluoroquinolonen alleen mogen echter niet worden gebruikt voor de behandeling van bartonellose omdat er een intrinsiek laag resistentieniveau is als gevolg van de gyrA-mutatie. Bovendien wordt een hoge resistentie tegen fluoroquinolonen gemakkelijk in vitro verkregen. Wijziging van de doel-enzymen blijkt de meest dominante factor te zijn bij de ontwikkeling van resistentie tegen chinolonen (figuur 2B). De kleine regio van codons 67-106 van gyrA in E. coli werd de QRDR genoemd. Variaties in de QRDR-regio werden gevonden in soorten met natuurlijke resistentie tegen fluorochinolonen. In 2003 isoleerden en karakteriseerden Minnick et al. B. bacilliformis-mutanten die resistent waren tegen ciprofloxacine. In 2007 verkregen wij in vitro een ciprofloxacineresistente stam van B. bacilliformis; de stam bevatte een overgang van C naar T op positie 549 (E. coli-nummering) van het gyrA-gen, dat codeert voor de voorspelde aminozuurverandering Asp 87→Asn in gyrA. Deze zelfde mutatie (Asp 87→Asn) is onlangs ook aangetroffen in ciprofloxacineresistente stammen van B. henselae en B. quintana (tabel 1).

Een andere recente studie toonde aan dat B. henselae isolaten verkregen van katten resistent werden tegen pradofloxacine en enrofloxacine (beide zijn fluorochinolonen die voornamelijk in de diergeneeskunde worden gebruikt) na verschillende aantallen passages. Vergeleken met de ouderlijke B. henselae-stammen vertoonden de pradofloxacine- en enrofloxacineresistente mutanten een aminozuurverandering van serine naar valine op positie 83 (E. coli-nummering) in gyrA. De Ser 83→Val-mutatie die in deze studie werd aangetroffen in pradofloxacine- en enrofloxacineresistente mutanten was eerder gemeld door Tavío et al. in een fluorochinolonresistent E. coli-isolaat.

Ten slotte zijn aminozuursubstituties in het RNA-polymerase-gen en puntmutaties in het rpoB-gen aangetoond na in vitro-selectie van rifampineresistente (figuur 2B) stammen van B. bacilliformis en B. quintana door onze groep. Deze stammen vertoonden een mutatie bij serine 531 (Ser→Phe) in de rifampineresistentiebepalende regio van het rpoB-gen. Aminozuur 531 is een van de meest frequent gemuteerde plaatsen die rifampineresistentie veroorzaken bij andere bacteriële soorten (tabel 1).

Behandeling van bartonellose bij dieren

Er is nog geen antibioticum aangetoond dat volledig effectief is tegen Bartonella-infecties bij katten en honden. In eerdere studies van Kordick et al. bleken doxycycline en enrofloxacine effectief te zijn tegen Bartonella-infectie bij katten. In de studie werd 22,7 mg enrofloxacine oraal toegediend om de 12 uur en 25 mg doxycycline oraal om de 12 uur; de behandelingsduur was 14-28 dagen. Bacteriëmie bij natuurlijk geïnfecteerde katten met chronische infectie werd met succes opgeheven bij negen van de 14 katten die werden behandeld met enrofloxacine en bij slechts twee van de acht katten die werden behandeld met doxycycline. Interessant is dat azithromycine, een macrolide verbinding met een goede intracellulaire penetratie, het geneesmiddel van keuze lijkt te zijn geworden voor de behandeling van katten en honden met B. henselae infecties. Er zijn echter ook terugvallen na het stoppen met antibiotica gemeld voor deze behandeling. Doxycycline en enrofloxacine kunnen worden gebruikt voor de behandeling van katten en fluorochinolonen met doxycycline of azithromycine kunnen worden gebruikt voor de behandeling van honden. Omdat er echter veel verschillende behandelingsschema’s zijn getest, is het moeilijk een conclusie te trekken over de werkzaamheid van fluoroquinolonen alleen of in combinatie. Ten slotte is ook de behandeling van katten tegen vlooien van cruciaal belang om overdracht op de mens te voorkomen.

Behandeling van Bartonellose bij de mens

De aanbevelingen voor de behandeling van infecties veroorzaakt door Bartonella-soorten staan beschreven in tabel 2. Doxycycline en erytromycine zijn de meest aanbevolen antibiotica voor de behandeling van Bartonella-infectie bij de mens, maar er is klinische verbetering gemeld na het gebruik van penicilline, gentamicine, ceftriaxon, ciprofloxacine en azitromycine.

Kattenkrabziekte reageert meestal niet goed op antibiotische therapie. Talrijke rapporten hebben de effectiviteit van vele antimicrobiële middelen voor de behandeling van typische, ongecompliceerde CSD geëvalueerd. De meeste onderzoekers hebben geen voordeel van een antibiotische behandeling waargenomen, terwijl anekdotische rapporten erop wijzen dat ciprofloxacin, rifampin en co-trimoxazol effectief kunnen zijn. In een prospectief, gerandomiseerd, dubbelblind, placebogecontroleerd onderzoek van Bass e.a. naar de antibiotische behandeling van CSD bij de mens, werd azitromycine, oraal toegediend gedurende 5 dagen, als doeltreffend beschouwd voor de afname van de omvang van de lymfeklieren gedurende de eerste 4 weken van de therapie. Echter, vergroting van verschillende lymfeklieren of een toename van de grootte van de oorspronkelijke lymfeklier trad op bij sommige proefpersonen ondanks azithromycine therapie.

In typische CSD, wordt een antibiotische behandeling niet aanbevolen, ook al zou azithromycine nuttig kunnen zijn voor patiënten met grote en volumineuze lymfadenopathie. Voor atypische presentatie van CSD is antibiotische behandeling nodig en een combinatie van doxycycline en rifampine is voorgesteld voor neuroretinitis en encephalopathie.

Tijdens de Eerste Wereldoorlog genazen soldaten met loopgravenkoorts de infectie bij gebrek aan antibiotische behandeling. Na de Tweede Wereldoorlog werden echter succesvolle behandelingen van sommige loopgravenkoortspatiënten met tetracycline of chlooramfenicol gemeld, hoewel deze gegevens anekdotisch blijven. Een gerandomiseerd klinisch onderzoek door Foucault et al. meldde dat daklozen met episodes van B. quintana bacteriëmie moesten worden behandeld met een combinatie van gentamicine en doxycycline. De resultaten toonden eradicatie van de bacteriëmie aan bij zeven van de negen behandelde patiënten, vergeleken met twee van de elf onbehandelde controles. Patiënten met acute B. quintana bacteriëmie konden worden behandeld met gentamicine in combinatie met doxycycline gedurende 28 dagen.

Behandeling van Bartonella endocarditis is van cruciaal belang omdat het sterftecijfer en valvulaire chirurgie hoger zijn bij deze patiënten. Raoult et al. hebben gemeld dat het genezingspercentage van patiënten hoger was wanneer aminoglycosiden werden gebruikt in combinatie met β-lactam of met andere antibiotica. De aanbeveling voor patiënten met Bartonella endocarditis is dus doxycycline gedurende 6 weken plus gentamicine gedurende 14 dagen.

Bacillaire angiomatose en PH moeten worden behandeld met erytromycine gedurende 3-4 maanden als eerstelijns antibioticumbehandeling. Hoewel erytromycine een antibiotische activiteit heeft tegen Bartonella, is aangetoond dat erytromycine ook een anti-angiogeen effect heeft op endotheelcellen dat kan bijdragen aan zijn goede in vivo activiteit. Doxycycline kan als alternatieve behandeling worden gebruikt. De duur van de behandeling met erytromycine is van cruciaal belang (3 maanden voor bacillaire angiomatose en 4 maanden voor PH) om herval te beperken.

Penicilline G, chlooramfenicol, tetracycline, streptomycine en erytromycine zijn gebruikt voor de behandeling van Oroya-koorts, die wordt veroorzaakt door B. bacilliformis. Fluoroquinolonen zijn met succes gebruikt voor de behandeling van Oroya-koorts, maar het gebruik ervan alleen wordt niet aanbevolen, aangezien er een intrinsieke lage resistentie tegen fluoroquinolonen in het Bartonella-geslacht bestaat als gevolg van een intrinsieke mutatie in DNA-gyrase. Als alternatieve behandeling kan chlooramfenicol alleen of in combinatie met een β-lactam of ciprofloxacine worden gebruikt.

Sinds 1975 is rifampine het middel van keuze geworden voor de behandeling van verruga peruana. Er is echter ook melding gemaakt van het falen van de behandeling met rifampine, wat te wijten zou kunnen zijn aan resistente stammen die gemakkelijk in vitro worden verkregen. In een van onze recente studies hebben wij doxycycline in combinatie met gentamicine aanbevolen als het voorkeursregime voor de behandeling van de chronische fase van de ziekte van Carrion.