Biofilmbildung und Motilität auf Harnwegskathetern

Katheter-assoziierte Harnwegsinfektionen (CAUTI) sind die am häufigsten auftretenden Infektionen in Krankenhäusern und Pflegeanstalten und bilden die Vorstufe zu schwerwiegenden Krankheitsbildern bis hin zur Blutvergiftung. Aufgrund der ansteigenden Lebenserwartung ist die Anzahl dieser Infektionen (derzeit mehrere Millionen/Jahr) sogar weiter im Steigen begriffen und verursacht eine erhebliche finanzielle Belastung des Gesundheitswesens. Die Häufigkeit dieser Infektionen ist eine indirekte Folge der Einführung des Harnwegkatheters: So wird das regelmäßige Durchspülen des Harnleiters verhindert, wodurch der Zugang für Bakterien in die Harnblase erleichtert wird. Weiters erlaubt die durch die Katheterisierung unvollständige Entleerung der Harnblase eine rasche Vervielfältigung der Bakterien und schließlich bietet der Katheter eine Oberfläche zur Kolonisierung durch Bakterien. Die entstehenden Biofilme widerstehen oft der normalen Antibiotikatherapie und werden für das häufige Wiederaufflammen der Infektionen verantwortlich gemacht. Bessere Vorbeuge- bzw. Therapiemaßnahmen erfordern ein besseres Verständnis der molekularen Prozesse, die dieser Infektion zu Grunde liegen. Leider sind gerade die Mechanismen, die den Bakterien den Aufstieg entlang des Katheters in die Harnblase sowie die Biofilmbildung ermöglichen, kaum untersucht. Dieses Forschungsprojekt wird mit Hilfe von Labormodellen, die im infizierten katheterisierten Harnweg vorherrschenden Nährstoff- und Umgebungsbedingungen widerspiegeln, die der bakteriellen Migration und Biofilmbildung auf Harnwegskathetern zugrundeliegenden genetischen Faktoren identifizieren. Unsere Konzentration gilt hier nicht nur den Faktoren, die in anderen Labormodellen einen Einfluss auf die Biofilmbildung von uropathogenen Stämmen gezeigt haben, sondern es kommen auch molekulare Techniken zur Anwendung, die die Suche noch gänzlich unbekannte Faktoren ermöglichen. Die Erkenntnisse, die aus diesen Experimenten gewonnen werden, stellen langfristig die Basis auf der Suche nach neuen Therapie- und Präventionsmethoden katheter-assoziierter Harnwegsinfektionen dar.

Katheter-assoziierte Harnwegsinfektionen sind die Vorstufe zu schwerwiegenden Krankheitsbildern bis hin zur Blutvergiftung und heute die am häufigsten auftretenden Infektionen in Krankenhäusern und Pflegeanstalten. Die Häufigkeit und das Wiederauftreten dieser Infektionen ist eine indirekte Folge der Einführung des Harnwegkatheters, da dieser den Eintritt von Bakterien in die Harnblase ermöglicht. Die durch Besiedelung der Katheteroberfläche entstehenden Biofilme widerstehen oft der Antibiotikatherapie und werden für das häufige Wiederaufflammen der Infektionen verantwortlich gemacht. Im Zuge dieses Kooperationsprojekts zwischen der FH JOANNEUM und der Karl-Franzens-Universität Graz wurden die genetischen Faktoren identifiziert, die der bakteriellen Beweglichkeit und Biofilmbildung auf Harnwegskathetern zugrunde liegen. Dabei wurden diejenigen der an der Oberfläche von den gram-negativen Bakterienarten Escherichia coli und Klebsiella pneumoniae befindlichen Fortsätze entdeckt, die unter im infizierten katheterisierten Harnweg vorherrschenden Nährstoff- und Umgebungsbedingungen für die effiziente Biofilmbildung und Beweglichkeit der Bakterien notwendig sind. Durch Vergleich mit infizierten Kathetern von PatientInnen konnte gezeigt werden, dass diese Faktoren auch im Zuge der menschlichen Infektion benötigt werden. Darüber hinaus wurden zahlreiche Faktoren entdeckt, die für das Überleben und die Persistenz des Bakteriums Proteus mirabilis im katheterisierten Harnweg notwendig sind. Neben Oberflächenfortsätzen wurden die Stressantworten und physiologischen Adaptionen des Bakteriums analysiert, die für die Infektion notwendig sind. Die Erkenntnisse, die aus diesem Projekt gewonnen wurden, werden bereits für die Entwicklung neuer Therapie- und Präventionsmethoden von Katheter-assoziierter Harnwegsinfektionen eingesetzt. So wurden Kooperationen initiiert, die einerseits Wirkstoffe gegen die entdeckten bakteriellen Adhärenzfaktoren als auch Katheterbeschichtungen testen, die neuartige Therapie- und Präventionsmethoden ermöglichen sollen. Weiters werden interdisziplinär Sensoren für die Früherkennung von katheter-assoziierten Harnwegsinfekten entwickelt.