Bartonella-infektion: Behandling och läkemedelsresistens

Antibiotikabehandling av Bartonellos

Behandlingen av Bartonella-infektioner med antibiotika beror på den kliniska presentationen av sjukdomen och patientens immunstatus, så de nuvarande rekommendationerna för behandling måste anpassas till varje klinisk situation.

Tekniker för testning av antibiotikakänslighet

Agarutspädningsmetod Agarutspädningsmetoden används för in vitro-testning av antibiotikakänslighet för Bartonella-isolat, enligt tidigare beskrivning av Maurin et al. Bartonellastammarna odlades på Columbia agar kompletterad med 5 % fårblod. Kulturerna kompletterades dessutom med dubbla seriella utspädningar av det aktuella antibiotikumet. Cellerna skördades efter 5 dagars inkubation och suspenderades i fosfatbuffert (pH 7,4). Tiofaldig utspädning av bakteriesuspensioner i en koncentration som motsvarar McFarland 0,5-standarden användes för antibiotikaanalyserna. Koncentrationen motsvarar ungefär 106 kolonibildande enheter/ml, vilket bestämdes med hjälp av tekniken för kolonibildande enheter. Totalt 10 µl av varje bakteriesuspension utplaterades på blodförsedd agar. Plattorna inkuberades vid 37 °C i en atmosfär med 5 % koldioxid. Bakterietillväxten utvärderades efter fem dagars inkubation genom jämförelse med tillväxten på antibiotikafria agarkontroller. Minsta inhiberande koncentration (MIC) definieras som den första antibiotikakoncentrationen som tillåter inhibering av tillväxten efter fem dagars inkubation.

Etest Assay Etest Assay har nyligen använts för att utvärdera Bartonellas känslighet för antibiotika. Gradienten av antibiotika täcker en stabil, kontinuerlig och exponentiell gradient av antibiotikakoncentration direkt under remsan. Efter inkubation, när bakterietillväxten blir synlig, syns en symmetrisk hämmande ellips centrerad längs remsan. MIC (i µg/ml) avläses direkt från skalan där ellipsens kant skär remsan. Bartonella-isolat odlas på Columbia-agarplattor med 5 % fårblod, och antibiotikakänslighetstestning av alla Bartonella-isolat utförs med hjälp av tillgängliga Etest-remsor för olika antibiotika, enligt tillverkarens rekommendationer. MIC mäts efter en inkubation på 5-12 dagar (figur 1). En tidigare studie har visat att de MIC-resultat som erhållits med Etest var tillförlitliga och korrelerade väl med de resultat som erhållits med agarutspädningsmetoden.

Resultat av antibiotikakänslighet

Baserat på in vitro-testning är Bartonella-arter mottagliga för många antibiotika, inklusive penicillin och andra cefalosporinbaserade föreningar, (t.ex, aminoglykosider, kloramfenikol, tetracykliner, makrolidföreningar, rifampin, fluorokinoloner och co-trimoxazol). Resultaten av in vitro-känsligheten korrelerar dock inte konsekvent med patientdata in vivo; till exempel har penicillin ingen effekt in vivo trots de mycket låga MICs som observerats in vitro. Agarbaserade känslighetsstudier visade också att många antibiotika endast är bakteriostatiska mot Bartonella-arter in vitro. Tidigare studier visade att aminoglykosider in vitro är den enda klass av antibiotika som är bakteriedödande mot Bartonella-arter som odlas antingen i flytande medium eller i endotelceller.

Mekanismer för resistens mot antibiotika hos Bartonella

De viktigaste mekanismerna genom vilka antimikrobiella medel verkar är interferens med nukleinsyrasyntesen, bindning till ribosomen och hämning av cellväggssyntesen och folatmetabolismen. Bakterier kan utveckla resistens mot antibiotika genom två genetiska processer. För det första genom mutation och selektion (vertikal genöverföring) och för det andra genom utbyte av gener mellan stammar och arter (horisontell genöverföring). För intracellulära bakterier, inklusive Bartonella-arter, beror antibiotikaresistens huvudsakligen på spontana mutationer eller inneboende mutationer i målgenerna (dvs. vertikal genöverföring), som granskas senare i denna artikel. Vi har dock nyligen för första gången påvisat möjligheten till lateral genöverföring av en konjugativ plasmid mellan Bartonella rattaustraliani och andra bakterier inklusive B. henselae eller rhizobiales. Detta kan tyda på att antibiotikaresistensgener kan överföras lateralt och att detta bör undersökas ytterligare i framtiden.

Naturlig antibiotikaresistens Heterogenitet i känsligheten hos 20 nya Bartonella-isolat för fluorokinoloner som isolerats från australiensiska däggdjur har nyligen undersökts i en av våra studier. I denna studie fann vi att ciprofloxacin var effektivare in vitro än ofloxacin. Denna heterogenitet var kopplad till en naturlig mutation, Ser 83→Ala, i den kinolonresistensbestämmande regionen (QRDR) i gyrA. Intressant nog avslöjade en in silico-genomanalysstudie en naturlig mutation på position 83 i QRDR-regionen (Ser 83→Ala) av gyrA som förekommer hos tre Bartonella-arter (B. bacilliformis, B. quintana och B. henselae). Många studier har visat att arter som naturligt bär en serinrest i position 83 i gyrA vanligtvis är mottagliga för fluorokinoloner, medan närvaron av en alanin i denna kritiska position vanligtvis motsvarar naturlig resistens mot dessa antibiotika.

På liknande sätt upptäcktes en A2059G-övergång i den 23S rRNA-kodande genen som är ansvarig för erytromycinresistens i en av de 15 lymfkörtlarna från patienter med CSD. Denna nod var exciderad från en 10-årig kvinna som inte behandlades med antibiotika före excisionen, vilket tyder på att naturligt förekommande erytromycinresistenta stammar kan infektera människor.

Antibiotikaresistens in vitro Nyligen har specifika antibiotikaresistensmutationer karakteriserats hos B. henselae, B. quintana och B. bacilliformis, som valts ut genom seriella in vitro-passager (tabell 1).

I Bartonella-arter har olika mekanismer för erytromycinresistens (figur 2A) rapporterats i in vitro-studier. Tidigare har vi visat att den helt erytromycinresistenta stammen av B. quintana som erhållits efter den 16:e passagen in vitro hade en upprepad insättning av 27 baser i det ribosomala proteinet L4, vilket resulterade i en insättning av nio upprepade aminosyror mellan aminosyrorna R71 och A72 i proteinets mycket konserverade region. Nyligen har vi rapporterat flera mutationer i den 23S rRNA-kodande genen och det ribosomala proteinet L4 i B. henselae stam Marseille och i andra B. henselae erytromycinresistenta mutanter in vitro. De flesta av mutationerna i den 23S rRNA-kodande genen (t.ex. A2058G, A2058C och C2611T) har tidigare visat sig ge erytromycinresistens hos andra bakterier. Vi fann aminosyramutationer vid två olika positioner (G71R och H75Y) i det ribosomala L4-proteinet i erytromycinresistenta mutanter av B. henselae. En A2058G-mutation i en erytromycinresistent stam av B. bacilliformis har också rapporterats av vårt team. En nyare studie visade att azitromycin var effektivt endast fram till den andra passagen för B. henselae-isolat från katter. Jämfört med föräldrastammen hade varje azitromycinresistent B. henselae-mutant en homogen enkel nukleotisubstitution på position 2058 (A2058G, Escherichia coli-numrering) i den 23S rRNA-kodande genen.

Vi har också selekterat en gentamicinresistent stam av B. hensela in vitro. Den 16S rRNA-kodande genen, kandidatgenen för gentamicinresistens (figur 2A), karakteriserades genom sekvensanalys. Den gentamicinresistenta mutanten av B. henselae bar på en A1408G-mutation i den 16S rRNA-kodande genen, vilket framgår av den dubbla A/G-toppen. Dessutom är denna mutation den mest frekventa mutationen i gentamicinresistenta kliniska isolat av andra bakteriearter. Även om vi erhöll en gentamicinresistent mutant in vitro, erhölls denna mutant efter nio passager (18 veckor), vilket tyder på att det är osannolikt att urvalet av sådana gentamicinresistenta stammar sker in vivo.

Fluorokinoloner har använts i stor utsträckning för behandling av Bartonella-infektioner hos människor och inom veterinärmedicinen. Enbart fluorokinoloner bör dock inte användas för behandling av bartonellos eftersom det finns en inneboende låg resistensnivå på grund av gyrA-mutationen. Dessutom är det lätt att uppnå hög resistens mot fluorokinoloner in vitro. Förändring av målenzymerna verkar vara den mest dominerande faktorn i utvecklingen av resistens mot kinoloner (figur 2B). Den lilla regionen från kodon 67-106 i gyrA i E. coli betecknades QRDR. Variationer i QRDR-regionen hittades hos arter med naturlig resistens mot fluorokinoloner. År 2003 isolerade och karakteriserade Minnick et al. mutanter av B. bacilliformis som var resistenta mot ciprofloxacin. År 2007 fick vi fram en ciprofloxacinresistent stam av B. bacilliformis in vitro. Stammen innehöll en övergång från C till T vid position 549 (E. coli-numrering) i gyrA-genen, som kodar för den förutspådda aminosyraförändringen Asp 87→Asn i gyrA. Samma mutation (Asp 87→Asn) har också nyligen hittats i ciprofloxacinresistenta stammar av B. henselae och B. quintana (tabell 1).

En annan nyligen genomförd studie visade att B. henselae-isolat från katter blev resistenta mot pradofloxacin och enrofloxacin (båda är fluorokinoloner som huvudsakligen används inom veterinärmedicinen) efter olika antal passager. Jämfört med de ursprungliga B. henselae-stammarna hade de pradofloxacin- och enrofloxacinresistenta mutanterna en aminosyraförändring från serin till valin i position 83 (E. coli-numrering) i gyrA. Ser 83→Val-mutationen som hittades i pradofloxacin- och enrofloxacinresistenta mutanter i denna studie hade tidigare rapporterats av Tavío et al. i ett fluorokinolonresistent E. coli-isolat.

Finalt har aminosyrasubstitutioner i RNA-polymeraset och punktmutationer i rpoB-genen påvisats efter in vitro-selektion av rifampinresistenta (figur 2B) stammar av B. bacilliformis och B. quintana av vår grupp. Dessa stammar uppvisade en mutation vid serin 531 (Ser→Phe) i den rifampinresistensbestämmande regionen i rpoB-genen. Aminosyra 531 är en av de mest frekvent muterade platserna som ger rifampinresistens hos andra bakteriearter (tabell 1).

Behandling av bartonellos hos djur

Ingen antibiotika har visat sig vara helt effektiva mot Bartonella-infektioner hos katter och hundar. I tidigare studier av Kordick et al. verkade doxycyklin och enrofloxacin vara effektiva mot Bartonella-infektioner hos katter. I studien gavs 22,7 mg enrofloxacin oralt var 12:e timme och 25 mg doxycyklin oralt var 12:e timme; behandlingstiden var 14-28 dagar. Bakteriemi hos naturligt infekterade katter med kronisk infektion avlägsnades framgångsrikt från nio av 14 katter som behandlades med enrofloxacin och från endast två av åtta katter som behandlades med doxycyklin. Intressant nog har azitromycin, en makrolidförening med god intracellulär penetration, till synes blivit det läkemedel som är det vanligaste för att behandla katter och hundar med B. henselae-infektioner. Återfall efter antibiotikaavvänjning har dock också rapporterats för denna behandling. Doxycyklin och enrofloxacin kan användas för behandling av katter och fluorokinoloner med doxycyklin eller azitromycin kan användas för behandling av hundar. Eftersom många olika behandlingsregimer har testats är det dock svårt att dra några slutsatser om effekten av fluorokinolon ensamt eller i kombination. Slutligen är behandling av katter mot loppor också avgörande för att undvika överföring till människor.

Behandling av Bartonellos hos människor

Behandlingsrekommendationerna för infektioner orsakade av Bartonella-arter beskrivs i tabell 2. Doxycyklin och erytromycin är de antibiotika som oftast rekommenderas för behandling av Bartonella-infektioner hos människor, men klinisk förbättring har rapporterats efter användning av penicillin, gentamicin, ceftriaxon, ciprofloxacin och azitromycin.

Kattskrapssjuka svarar vanligtvis inte bra på antibiotikabehandling. I många rapporter har man utvärderat effektiviteten av många antimikrobiella medel för behandling av typisk, okomplicerad CSD. De flesta undersökare har inte observerat någon fördel med antibiotikabehandling, medan anekdotiska rapporter har indikerat att ciprofloxacin, rifampicin och co-trimoxazol kan vara effektiva. I en prospektiv, randomiserad, dubbelblindad, placebokontrollerad studie som behandlade antibiotikabehandling av CSD hos människor och som utfördes av Bass et al. ansågs azitromycin som administrerades oralt i fem dagar vara effektivt när det gällde att minska lymfkörtelstorleken under de första fyra veckorna av behandlingen. En förstoring av olika lymfkörtlar eller en ökning av den ursprungliga lymfkörtelns storlek förekom dock hos vissa försökspersoner trots behandling med azitromycin.

I typiska CSD rekommenderas inte en antibiotikabehandling även om azitromycin skulle kunna vara användbart för patienter med stor och skrymmande lymfadenopati. För atypisk presentation av CSD behövs antibiotikabehandling och en kombination av doxycyklin och rifampicin har föreslagits för neuroretinit och encefalopati.

Under första världskriget klarade soldater med skyttegravsfeber av infektionen i avsaknad av antibiotikabehandling. Efter andra världskriget rapporterades dock framgångsrik behandling av vissa patienter med skyttegravsfeber med tetracyklin eller kloramfenikol, även om dessa uppgifter förblir anekdotiska. I en randomiserad klinisk studie av Foucault et al. rapporterades att hemlösa personer med episoder av B. quintana-bakteriemi bör behandlas med en kombination av gentamicin och doxycyklin. Resultaten visade att sju av nio behandlade patienter hade utrotning av bakteriemi jämfört med två av elva obehandlade kontroller. Patienter med akut B. quintana-bakteremi kunde behandlas med gentamicin i kombination med doxycyklin i 28 dagar.

Behandling av Bartonella endokardit är kritisk eftersom dödligheten och klaffkirurgi är högre hos dessa patienter. Raoult et al. har rapporterat att återhämtningsgraden hos patienterna var högre när aminoglykosider användes i kombination med β-laktam eller med andra antibiotika. Rekommendationen för patienter med Bartonella endokardit är således doxycyklin i 6 veckor plus gentamicin i 14 dagar.

Bacillär angiomatos och PH bör behandlas med erytromycin i 3-4 månader som förstahandsbehandling med antibiotika. Även om erytromycin har en antibiotisk aktivitet mot Bartonella har det visats att erytromycin även har en anti-angiogen effekt på endotelceller som kan bidra till dess goda in vivo aktivitet. Doxycyklin kan användas som en alternativ behandling. Behandlingens längd med erytromycin är kritisk (3 månader för bacillär angiomatos och 4 månader för PH) för att begränsa återfall.

Penicillin G, kloramfenikol, tetracyklin, streptomycin och erytromycin har använts för behandling av Oroya-feber, som orsakas av B. bacilliformis. Fluorokinoloner har använts framgångsrikt för behandling av Oroya-feber, men vi rekommenderar inte att de används ensamma, eftersom det finns en inneboende låg resistensnivå mot fluorokinoloner hos Bartonella-släktet på grund av en inneboende mutation i DNA-gyrase. Som alternativ behandling kan kloramfenikol användas ensamt eller i kombination med en β-laktam eller ciprofloxacin.

Sedan 1975 har rifampin blivit det läkemedel som är det bästa för behandling av verruga peruana. Misslyckad rifampinbehandling har dock också rapporterats, vilket kan bero på resistenta stammar som lätt erhålls in vitro. I en av våra senaste studier rekommenderade vi doxycyklin i kombination med gentamicin som den föredragna regimen för behandling av den kroniska fasen av Carrions sjukdom.