Mechanisms of microbial-host interaction during asymptomatic bacteriuria

Abstract: Popular Abstract in Swedish Mer än hälften av alla kvinnor har haft en urinvägsinfektion. Infektionen uppkommer när bakterier når urinblåsan och börjar växa. Immunförsvaret känner igen bakterierna, reagerar med en inflammation och symptom som sveda, trängningar och smärtor i nedre magtrakten uppstår. Om bakterierna klättrar upp till njurarna sprider sig inflammationen dit och orsakar ryggsmärtor och feber. Återkommande UVI är ett stort problem. Den enda fungerande behandlingen mot UVI är antibiotika och dessa patienter utvecklar ofta allergier mot vissa sorter. Samtidigt ökar antibiotikaresistensen snabbt bland bakterier som orsakar UVI. Många experter varnar för att vi inom snar framtid måste anpassa oss till att antibiotika helt enkelt inte går att använda vid många och vanliga infektioner, däribland urinvägsinfektioner. Det finns således ett stort och brådskande behov av att utveckla och forska kring alternativ till antibiotika. För att kunna göra detta måste vi förstå infektionernas sjukdomsmekanismer in i minsta detalj. Redan på 1950-talet fann man att individer kunde bära på stora mängder bakterier i urinblåsan utan att märka av det, så kallad Asymptomatisk bakterieuri (ABU). Senare studier visade att ABU är vanligt, ofarligt och till och med skyddar mot urinvägsinfektioner. Bakterier som orsakar ABU skiljer sig från de som orsakar sjukdom, och saknar många av de gener som vi vet är grundläggande för att orsaka inflammationer i urinvägarna. På grund av den skyddande effekten av ABU utvecklades ett protokoll för kolonisering av urinblåsan med en viss ABU-bakterie som döpts till Escherichia coli 83972. Denna har identifierats som en icke sjukdomsframkallande (”snäll”) E. coli bakterie, och har burits av patienter i mer än tre år utan att orsaka symtom. Kliniska studier i Sverige och USA har visat att kolonisering med E. coli 83972 skyddar patienter mot urinvägsinfektioner. Tyvärr begränsas behandlingen av att E. coli 83972 endast kan orsaka långtidskolonisering hos patienter med störd blåsfunktion som lämnar kvar resturin efter blåstömning. För att lösa detta problem krävs ytterligare forskning som kartlägger hur E. coli 83972 samspelar med värden och hur den skulle kunna förbättras i sin förmåga att kolonisera urinvägarna även hos patienter med normal blåsfunktion. I vår studie har vi att kartlagt bakteriens DNA efter att den levt i olika patienter, och sett att den anpassar sig till den individ som bär den. Många av förändringarna i bakterien var av den typen att de gjorde den mindre benägen att orsaka en inflammation. Detta stödjer vår hypotes om att vid ABU blir bakterien allt mer harmlös för den mänskliga värden. Bakterien anpassar sig till sin miljö och därför undersökte vi vad immunförsvaret skickar ut i urinblåsan när det kommer i kontakt med E. coli 83972. Vi analyserade urinprover från 23 patienter under tiden de bar på bakterien. Vi fann 13 av de 31 protein vår utrustning kunde detektera, varav de flesta var associerade till det medfödda immunförsvaret. Vår grupp har tidigare definierat två gener, TLR4 och IRF3, som har en speciell sekvens i patienter med ABU. Elva av våra patienter undersöktes för dessa sekvenser och vi fann att den sekvensen resulterade i betydligt lägre koncentrationer av protein samt antal vita blodkroppar i urinen. För att avgöra hur immunförsvaret reagerar när en bär på E. coli 83972 undersökte vi blodprover från tre av våra patienter. Vi fann att de hade nedreglerat produktionen av mRNA som är ett förstadium till färdiga proteiner. Nedregleringen påverkade kända signalvägar som används av sjukdomsframkallande bakterier och även gener som är förknippade med generell mRNA- produktion. Vi såg liknande resultat när vi stimulerade E. coli 83972 på njurceller i labbet. Njurcellerna stoppade även aktiveringen av RNA Polymeras II som ansvarar för produktionen av mRNA. Detta visade för första gången att vi kan detektera symptomfri bakterieuri (ABU) med ett enkelt blodprov. Vi gick vidare med kartläggningen av immunförsvaret genom att följa fem patienter som bar på E. coli 83972 med urinprover och blodprover. Patienterna fick även två modifierade E. coli 83972 bakterier, som tidigare studier visat är bättre på att hålla sig kvar i urinblåsan. Urinproven visade att de första två dagarna efter inokuleringen så aktiveras ett lågt immunförsvar som attraherar vita blodkroppar, men detta nedregleras efter en vecka. Den ena modifierade bakterien gav en oväntad förhöjning av immunsvaret. För att förstå varför den orsakade symptom så analyserade vi den totala mängden mRNA i blodproven. I alla fyra patienterna, oavsett förekomsten av symptom, så hade den bakterie som bar på P fimbrien uppreglerat en signalväg som vi tidigare kopplat till sjukdomsframkallande bakterier. Här föreslår vi att framtida analyser kanske kan detektera vilken typ av gener en bakterie bär på och hur länge den har varit närvarande i individen, genom analys av ett blodprov. Sammanfattningsvis har vi funnit tre skäl till att bakterier som orsakar ABU inte orsakar inflammation och symptom. Bakterien anpassar sig för att inte orsaka inflammationen, individen som har ABU har genotyper som gör minskar deras immunsvar mot bakterien och att bakterien aktivt stänger ner immunförsvaret hos patienten. Dessa resultat är viktiga för att bättre förstå ABU och för att kunna utveckla nya alternativa behandlingar mot UVI. Resultaten pekar mot ett för varje patient unikt samspel mellan värd och bakterie. Förhoppningsvis ska vi genom dessa insikter i framtiden kunna erbjuda fler patientgrupper E. coli 83972 inokulering, kanske genom att molekylärt ”skräddarsy” E. coli 83972 till att exakt passa patientens unika egenskaper.