Avhandlingar och publikationer

Antimicrobial susceptibility and serum resistance in Haemophilus influenzae

Publicerad 20 december 2023

Niels Nørskov Lauritsen

Sammanfattning:

Hur utvecklar Haemophilus influenzae resistens mot aminopenicilliner? Är bensylpenicillin fortsatt ett lämpligt empiriskt behandlingsalternativ mot nedre luftvägsinfektioner även om de skulle visa sig vara orsakade av H. influenzae? Och hur kan denna bakterie undkomma attacker från människans immunförsvar? Olika såväl pre-kliniska som kliniska aspekter av dessa tre frågor utforskas i denna avhandling.

De två första delarbeterna är laboratoriemedicinska. I dessa undersöks b-laktamas negativa isolat med nedsatt känslighet för aminopenicilliner (s.k. ’kromosomal resistens’). Tidigare studier har visat att den bakomliggande mekanismen för sådan resistens är förändringar av vissa specifika aminosyror i penicillinbindande protein 3 (PBP3). I delarbete I identifierar vi en tidigare ej beskriven aminosyrasubstitution i PBP3. Genom att på konstgjord väg införa denna substitution i en känslig stam så kunde vi se att dess MIC för ampicillin och amoxicillin ökade.

I delarbete II undersöktes en grupp beta-laktamas negativa isolat (n=24) med exakt samma aminosyrasekvens i PBP3 men med olika MIC-värden för aminopenicilliner. Trots att alla deras sedan tidigare kända resistensmekanismer var identiska skiljde de sig ändå åt vad gäller antibiotikakänslighet. Genom att helgenomsekvensera dessa isolat önskade vi identifiera nya faktorer som kunde förklara skillnaden i MIC. Vi fann ett flertal aminosyrasubstitutioner i PBP2, ett penicillinbindande protein som hittills inte varit kopplat till resistens hos H. influenzae. När dessa substitutioner på konstgjord väg infördes i en känslig stam förändrades MIC. Skillnaderna var inte stora, men när de uppträder tillsammans med förändringar i PBP3 kan de vara tillräckliga för att avgöra om ett isolat ska karakteriseras som känsligt eller resistent för aminopenicilliner utifrån EUCAST kliniska brytpunkter.

Det tredje delarbetet med större klinisk koppling är en retrospektiv journalstudie rörande möjligheten att empiriskt behandla luftvägsinfektioner orsakade av H. influenzae med bensylpenicillin. Vi identifierade vuxna patienter i Region Skåne med växt i blododling av H. influenzae mellan 1997 – 2016 eller i nasospharynx- och sputumodling mellan 2015 – 2016 samt kliniska tecken på en nedre luftvägsinfektion (n=481). Samtidig förekomst av andra luftvägspatogener var ett exklusionskriterium. 30-dagarsmortalitet, återinläggningsfrekvens samt klinisk stabilitet dag 4 jämfördes mellan patienter som erhållit bensylpenicillin som empirisk behandling innan odlingssvar och patienter som erhållit ett beta-laktam antibiotikum med bredare spektrum.

Den totala 30-dagarsmortaliteten i hela kohorten var 9%. De patienter som erhållit bredspektrumbehandling hade generellt sett större co-morbiditet och svårare sjukdomspresentation. Således förelåg en ’indication bias’ vilket också avspeglades av det kontraintuitiva resultatet att mortaliteten var större i denna grupp (13% jämfört med 5% i bensylpenicillingruppen). När vi statistiskt justerar för denna bias med hjälp av både multivariat logistisk regression och benägenhetsskattning (propensity score matching) så kvarstår ingen signifikant skillnad i mortalitet mellan grupperna. Återinläggningsfrekvensen var likvärdig och skillnaderna var små beträffande klinisk stabilitet dag 4 vilket kunde förklaras av förekomsten av betalaktamas-positiva isolat. Vi anser därmed att dessa data ger stöd för nuvarande svenska rekommendationer att behandla mild till måttlig samhällsförvärvad pneumoni (CRB65£ 2) med bensylpenicillin innan odlingssvar föreligger, även mot bakgrund av att en större andel av samtliga pneumonier skulle kunna orsakas av H. influenzae efter införandet av pneumokockvaccination i det allmänna barnvaccinationsprogrammet.

I det sista delarbetet undersöktes hur H. influenzae kan undkomma avdödning av det humana komplementsystemet. Vi visade att ett protein på bakteriens yttermembran, P5, kan rekrytera ett protein som nedreglerar komplementsvaret (C4bp) till bakteriens yta. P5 bidrar därmed till att bakterien kan överleva längre i humant serum.

Sammanfattnings visade våra studier att ytterligare faktorer än de tidigare beskrivna specifika aminosyrasubtsitutionerna i PBP3 kan påverka känsligheten för aminopenicilliner hos beta-laktamas negativa isolat av H. influenzae. Bensylpenicillin bedöms fortsatt vara adekvat som empirisk behandling av milda till måttliga nedre luftvägsinfektioner orsakade av denna bakterie. Slutligen identifierades yttermembranproteinet P5 som en viktig faktor för bakteriens överlevnad i serum och därmed som en potentiell angreppspunkt vid utvecklingen av framtida behandlingsalternativ.

Ingående delarbeten:

I: Thegerström J, Matuschek E, Su YC, Riesbeck K, and Resman F. A novel PBP3 substitution in Haemophilus influenzae confers reduced aminopenicillin susceptibility. BMC Microbiol. 2018 May 31;18(1):48. doi: 10.1186/s12866-018-1196-6. PMID: 29855260; PMCID: PMC5984330.

II: Thegerström J*, Su YC*, Venkatesh Rao V, Hoh CC, Kho JS, Matuschek E, Engstrand L, Resman F, and Riesbeck K. Novel resistance mechanism in beta-lactamase resistant non-typable Haemophilus influenzae with identical penicillin binding protein 3 but varying susceptibility to aminopenicillins. Manuscript. * Contributed equally to this work.

III: Thegerström J, Månsson V, Riesbeck K, and Resman F. Benzylpenicillin versus wide-spectrum beta-lactam antibiotics as empirical treatment of Haemophilus influenzae-associated lower respiratory tract infections in adults; a retrospective propensity score-matched study. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2018 Sep;37(9):1761-1775. doi: 10.1007/s10096-018-3311-x. Epub 2018 Jun 30. PMID: 29961165; PMCID: PMC6133041.

IV: Thofte O, Bettoni S, Su YC, Thegerström J, Jonsson S, Mattsson E, Sandblad L, Martí S, Garmendia J, Blom AM, and Riesbeck K. Nontypeable Haemophilus influenzae P5 Binds Human C4b-Binding Protein, Promoting Serum Resistance. J Immunol. 2021 Sep 15;207(6):1566-1577. doi: 10.4049/jimmunol.2100105. Epub 2021 Aug 25. PMID: 34433620; PMCID: PMC8428749.

Kort om mig

Jag arbetar sedan 2015 inom verksamhetsområdet infektionssjukdomar på Skånes Universitetssjukhus i Malmö, och är där specialist sedan ett par år tillbaka. Min huvudhandledare Kristian Riesbeck träffade jag tidigare på klinisk mikrobiologi i Malmö/Lund där vi startade upp ett flertal laboratorieprojekt relaterade till Haemophilus influenzae. Min bihandledare Fredrik Resman anslöt när jag började på infektionskliniken och har bidragit med flertalet kliniska aspekter. När jag inte arbetar så uppskattar jag att läsa, vandra och umgås med familj och vänner.