Информация

18.2: Бактериални инфекции на пикочната система - Биология

18.2: Бактериални инфекции на пикочната система - Биология



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Умения за развитие

  • Идентифицирайте най-често срещаните бактериални патогени, които могат да причинят инфекции на пикочните пътища
  • Сравнете основните характеристики на специфични бактериални заболявания, засягащи пикочните пътища

Инфекциите на пикочните пътища (UTI) включват инфекции на уретрата, пикочния мехур и бъбреците и са чести причини за уретрит, цистит, пиелонефрит и гломерулонефрит. Бактериите са най-честите причинители на инфекции на пикочните пътища, особено в уретрата и пикочния мехур.

Цистит

Циститът най-често се причинява от бактериална инфекция на пикочния мехур, но може да възникне и като реакция на определени лечения или дразнители като радиационно лечение, хигиенни спрейове или спермициди. Честите симптоми на цистит включват дизурия (уриниране, придружено от парене, дискомфорт или болка), пиурия (гной в урината), хематурия (кръв в урината) и болка в пикочния мехур.

При жените инфекциите на пикочния мехур са по-чести, тъй като уретрата е къса и се намира в непосредствена близост до ануса, което може да доведе до инфекции на пикочните пътища от фекални бактерии. Инфекциите на пикочния мехур също са по-чести при възрастните хора, тъй като пикочният мехур може да не се изпразни напълно, което води до събиране на урина; възрастните хора също могат да имат по-слаба имунна система, което ги прави по-уязвими към инфекции. Състояния като простатит при мъжете или камъни в бъбреците при мъжете и жените могат да повлияят на правилното дренаж на урината и да увеличат риска от инфекции на пикочния мехур. Катетеризацията може също да увеличи риска от инфекция на пикочния мехур (вижте Пример: Цистит при възрастни хора).

Грам-отрицателни бактерии като Ешерихия коли (Най-често), Протей вулгарис, Pseudomonas aeruginosa, и Klebsiella pneumoniae причиняват повечето инфекции на пикочния мехур. Грам-положителните патогени, свързани с цистит, включват коагулазо-отрицателните Staphylococcus saprophyticus, Enterococcus faecalis, и Streptococcus agalactiae. Рутинният ръчен анализ на урината с помощта на пръчка за измерване на урина или тест лента може да се използва за бърз скрининг на инфекция. Тези тест ленти (Фигура (PageIndex{1})) се държат в струя от урина или се потапят в проба от урина, за да се изследва наличието на нитрити, левкоцитна естераза, протеин или кръв, които могат да показват активна бактериална инфекция. Наличието на нитрити може да показва наличието на Е. coli или К. пневмония; тези бактерии произвеждат нитрат редуктаза, която превръща нитратите в нитрити. Тестът за левкоцитна естераза (LE) открива наличието на неутрофили като индикация за активна инфекция.

Ниската специфичност, чувствителност или и двете, свързани с тези бързи скринингови тестове, изискват да се внимава при интерпретацията на резултатите и при използването им при диагностициране на инфекции на пикочните пътища. Следователно, положителните резултати за LE или нитрити са последвани от култура на урина, за да се потвърди инфекция на пикочния мехур. Културата на урина обикновено се извършва с помощта на кръвен агар и агар MacConkey и е важно да се култивира чист улов на урина, за да се сведе до минимум замърсяването с нормална микробиота на пениса и вагината. Чистото улавяне на урината се постига чрез първо измиване на срамните устни и отвора на уретрата при жени или пениса на пациентите от мъжки пол. След това пациентът отделя малко количество урина в тоалетната чиния, преди да спре изтичането на урина. Накрая пациентът възобновява уринирането, като този път пълни контейнера, използван за вземане на пробата.

Бактериалният цистит обикновено се лекува с флуорохинолони, нитрофурантоин, цефалоспорини или комбинация от триметоприм и сулфаметоксазол. Болкоуспокояващите могат да осигурят облекчение на пациенти с дизурия. Лечението е по-трудно при пациенти в напреднала възраст, които изпитват по-висок процент на усложнения като сепсис и бъбречни инфекции.

Фигура (PageIndex{1}): Пръчката за измерване на урината се сравнява с цветен ключ, за да се определят нивата на различни химикали, протеини или клетки в урината. Анормалните нива могат да показват инфекция. (кредит: модификация на произведението от Suzanne Wakim)

примерен случай - ЦИСТИТ ПРИ ВЪЗРАСТНИ ЛИЦА

Робърт, 81-годишен вдовец с ранно начало на болестта на Алцхаймер, наскоро беше преместен в старчески дом, защото изпитваше трудности да живее сам. В рамките на няколко седмици след пристигането си той вдигна температура и започна да изпитва болка, свързана с уриниране. Той също започна да получава епизоди на объркване и делириум. Лекарят, натоварен да прегледа Робърт, прочете досието му и забеляза, че Робърт е лекуван от простатит няколко години по-рано. Когато попита Робърт колко често е уринирал, Робърт обясни, че се е опитвал да не пие твърде много, за да не се налага да ходи до тоалетната.

Всички тези доказателства предполагат, че Робърт вероятно има инфекция на пикочните пътища. Възрастта на Робърт означава, че имунната му система вероятно е започнала да отслабва и предишното му състояние на простатата може да затруднява изпразването на пикочния мехур. В допълнение, избягването на течности от Робърт е довело до дехидратация и рядко уриниране, което може да е позволило на инфекция да се установи в пикочните му пътища. Треската и дизурията са чести признаци на UTI при пациенти от всички възрасти, а UTI при пациенти в напреднала възраст често са придружени от забележим спад на умствената функция.

Физическите предизвикателства често обезкуражават възрастните хора да уринират толкова често, колкото иначе биха. В допълнение, неврологични състояния, които засягат непропорционално възрастните хора (например болестта на Алцхаймер и Паркинсон), също могат да намалят способността им да изпразват пикочните си мехурчета. Лекарят на Робърт отбеляза, че изпитва затруднения да се ориентира в новия си дом и препоръча да му бъде оказана повече помощ и да се следи приема на течности. Лекарят също взе проба от урина и назначи лабораторна култура, за да се потвърди самоличността на причинителя.

Упражнение (PageIndex{1})

  1. Защо е важно да се идентифицира причинителят на UTI?
  2. Трябва ли лекарят да предпише широкоспектърен или тесноспектърен антибиотик за лечение на UTI на Робърт? Защо?

Бъбречни инфекции (пиелонефрит и гломерулонефрит)

Пиелонефритът, възпаление на бъбреците, може да бъде причинено от бактерии, които са се разпространили от други части на пикочните пътища (като пикочния мехур). В допълнение, пиелонефритът може да се развие от бактерии, които преминават през кръвта към бъбреците. Когато инфекцията се разпространява от долните пикочни пътища, причинителите обикновено са фекални бактерии като напр. Е. coli. Честите признаци и симптоми включват болки в гърба (поради местоположението на бъбреците), треска и гадене или повръщане. Брутната хематурия (видима кръв в урината) се среща при 30-40% от жените, но рядко при мъжете.1 Инфекцията може да стане сериозна, потенциално да доведе до бактериемия и системни ефекти, които могат да станат животозастрашаващи. Белези на бъбреците могат да се появят и да персистират след изчистване на инфекцията, което може да доведе до дисфункция.

Диагнозата на пиелонефрит се прави чрез микроскопско изследване на урина, култура на урина, изследване за нивата на левкоцитна естераза и нитрити и изследване на урината за кръв или протеин. Също така е важно да се използват кръвни култури за оценка на разпространението на патогена в кръвния поток. Образна диагностика на бъбреците може да се направи при високорискови пациенти с диабет или имуносупресия, възрастни хора, пациенти с предишно бъбречно увреждане или за да се изключи обструкция в бъбреците. Пиелонефритът може да се лекува с орални или интравенозни антибиотици, включително пеницилини, цефалоспорини, ванкомицин, флуорохинолони, карбапенеми и аминогликозиди.

Гломерулонефритът възниква, когато гломерулите на нефроните са увредени от възпаление. Докато пиелонефритът обикновено е остър, гломерулонефритът може да бъде остър или хроничен. Най-добре характеризираният механизъм на гломерулонефрит са постстрептококовите последици, свързани с Streptococcus pyogenes инфекции на гърлото и кожата. Макар че S. pyogenes не инфектира директно гломерулите на бъбреците, имунните комплекси, които се образуват в кръвта между тях S. pyogenes антигени и антитела се настаняват в връзките на капилярните ендотелни клетки на гломерулите и предизвикват увреждащ възпалителен отговор. Гломерулонефрит може да се появи и при пациенти с бактериален ендокардит (инфекция и възпаление на сърдечната тъкан); понастоящем обаче не е известно дали гломерулонефритът, свързан с ендокардит, също е имунно-медииран.

Лептоспироза

Leptospira обикновено са безвредни спирохети, които обикновено се срещат в почвата. Въпреки това, някои патогенни видове могат да причинят инфекция, наречена лептоспироза в бъбреците и други органи (Фигура (PageIndex{2})). Лептоспирозата може да предизвика треска, главоболие, втрисане, повръщане, диария и обрив със силна мускулна болка. Ако заболяването продължава да прогресира, може да възникне инфекция на бъбреците, менингите или черния дроб, което може да доведе до органна недостатъчност или менингит. Когато бъбреците и черния дроб се заразят сериозно, това се нарича болест на Weil. Белодробен хеморагичен синдром може да се развие и в белите дробове и може да се появи жълтеница.

Leptospira spp. се срещат широко при животни като кучета, коне, говеда, прасета и гризачи и се екскретират с урината им. Хората обикновено се заразяват при контакт със замърсена почва или вода, често по време на плуване или по време на наводнение; инфекцията може да възникне и при контакт с телесни течности, съдържащи бактериите. Бактериите могат да влязат в тялото през лигавиците, наранявания на кожата или чрез поглъщане. Механизмът на патогенност не е добре разбран.

Лептоспирозата е изключително рядка в Съединените щати, въпреки че е ендемична за Хавай; 50% от всички случаи в Съединените щати идват от Хавай.2 Среща се по-често в тропически, отколкото в умерен климат, а хората, които работят с животни или животински продукти, са най-застрашени. Бактериите могат да се култивират и в специализирана среда, като растежът се наблюдава в бульон за няколко дни до четири седмици; Въпреки това диагнозата на лептоспироза обикновено се прави с помощта на по-бързи методи, като например откриване на антитела срещу Leptospira spp. в проби от пациенти с помощта на серологично изследване. Полимеразна верижна реакция (PCR), ензимно-свързан имуносорбентен анализ (ELISA), аглутинация на слайдове и индиректни имунофлуоресцентни тестове могат да се използват за диагностика. Лечението на лептоспироза включва широкоспектърни антибиотици като пеницилин и доксициклин. При по-сериозни случаи на лептоспироза антибиотиците могат да се прилагат интравенозно.

Фигура (PageIndex{2}): (а) Изглед в тъмно поле на Leptospira sp. (b) Сканираща електронна микрография на Leptospira interrogans, патогенен вид, показва отличителната морфология на спирохетите на този род. (кредит б: промяна на работата от Джанис Кар, Центрове за контрол и превенция на заболяванията)

Упражнение (PageIndex{2})

  • Коя е най-честата причина за бъбречна инфекция?
  • Кои са най-честите симптоми на бъбречна инфекция?

Негонококов уретрит (NGU)

Има две основни категории бактериален уретрит: гонореен и негонококов. Гонорееният уретрит се причинява от Neisseria gonorrhoeae и се свързва с гонорея, често срещана ППИ. Тази причина за уретрит ще бъде обсъдена в Бактериални инфекции на репродуктивната система. Терминът негонококов уретрит (NGU) се отнася до възпаление на уретрата, което не е свързано с N. gonorrhoeae. При жените NGU често протича безсимптомно. При мъжете NGU обикновено е леко заболяване, но може да доведе до гнойно течение и дизурия. Тъй като симптомите често са леки или не съществуват, повечето заразени хора не знаят, че са заразени, но все пак са носители на болестта. Асимптомните пациенти също нямат причина да търсят лечение и въпреки че не е често срещано явление, нелекуваната NGU може да се разпространи в репродуктивните органи, причинявайки възпалително заболяване на таза и салпингит при жените и епидидимит и простатит при мъжете. Важни бактериални патогени, които причиняват негонококов уретрит, включват Chlamydia trachomatis, Mycoplasma genitalium, Ureaplasma urealyticum, и Mycoplasma hominis.

C. trachomatis е трудно за оцветяване, грам-отрицателна бактерия с яйцевидна форма. Вътреклетъчен патоген, ° С. trachomatis причинява най-често съобщаваната ППИ в Съединените щати, хламидия. Въпреки че повечето хора са заразени с C. trachomatis са асимптоматични, някои пациенти могат да се появят с NGU. C. trachomatis може също да причини неурогенитални инфекции като трахома на очно заболяване (вижте Бактериални инфекции на кожата и очите). Жизненият цикъл на C. trachomatis е илюстрирано в [връзка].

C. trachomatis има множество възможни фактори на вирулентност, които в момента се изучават, за да се оцени тяхната роля в причиняването на заболяване. Те включват полиморфни автотранспортни протеини на външната мембрана, протеини за реакция на стрес и ефектори на секреция тип III. Ефекторите на секреция тип III са идентифицирани при грам-отрицателни патогени, включително C. trachomatis. Този фактор на вирулентност е съвкупност от повече от 20 протеина, които образуват това, което се нарича инжектома за трансфер на други ефекторни протеини, които са насочени към заразените клетки гостоприемник. Автотранспортните протеини на външната мембрана също са ефективен механизъм за доставяне на фактори на вирулентност, участващи в колонизацията, прогресията на заболяването и избягването на имунната система.

Други видове, свързани с NGU, включват Mycoplasma genitalium, Ureaplasma urealyticum, и Mycoplasma hominis. Тези бактерии обикновено се срещат в нормалната микробиота на здрави индивиди, които могат да ги придобият по време на раждане или чрез сексуален контакт, но понякога могат да причинят инфекции, водещи до уретрит (при мъже и жени) или вагинит и цервицит (при жените).

М. гениталиум е по-честа причина за уретрит в повечето условия, отколкото N. gonorrhoeae, въпреки че се среща по-рядко от C. trachomatis. Той е отговорен за приблизително 30% от повтарящите се или персистиращи инфекции, 20-25% от случаите на нехламидална NGU и 15%-20% от случаите на NGU. М. гениталиум прикрепя се към епителните клетки и има значителни антигенни вариации, които му помагат да избягва имунните отговори на гостоприемника. Той има свързани с липиди мембранни протеини, които участват в причиняването на възпаление.

Няколко възможни фактора на вирулентност са замесени в патогенезата на U. urealyticum (Фигура (PageIndex{3})). Те включват уреаплазмените протеини фосфолипаза А, фосфолипаза С, многолентов антиген (MBA), уреаза и имуноглобулин α протеаза. Фосфолипазите са фактори на вирулентност, които увреждат цитоплазмената мембрана на целевите клетки. Имуноглобулин α протеазата е важна защита срещу антитела. Той може да генерира водороден пероксид, който може да повлияе неблагоприятно на клетъчните мембрани на гостоприемника чрез производството на реактивни кислородни видове.

Лечението е различно за гонорея и негонококов уретрит. Въпреки това, N. gonorrhoeae и C. trachomatis често присъстват едновременно, което е важно съображение при лечението. NGU най-често се лекува с тетрациклини (като доксициклин) и азитромицин; еритромицинът е алтернативен вариант. За лечение най-често се използват тетрациклини и флуорохинолони U. urealyticum, но резистентността към тетрациклини става все по-голям проблем.3 Докато тетрациклините са лечение на избор за M. hominis, увеличаването на съпротивлението означава, че трябва да се използват други опции. Клиндамицин и флуорохинолони са алтернативи. гениталиум обикновено е чувствителен към доксициклин, азитромицин и моксифлоксацин. Подобно на други микоплазми, М. гениталиум няма клетъчна стена и следователно β-лактамите (включително пеницилини и цефалоспорини) не са ефективни лечения.

Фигура (PageIndex{3}): Микроколонии Ureaplasma urealyticum (бели стрелки) върху повърхността на агар след анаеробна инкубация, визуализирани с помощта на фазово контрастна микроскопия (800 ×). Черната стрелка показва клетъчни остатъци. (кредит: модификация на работата от Американското дружество по микробиология)

Упражнение (PageIndex{3})

  1. Кои са трите най-чести причини за уретрит?
  2. Кои три члена на нормалната микробиота могат да причинят уретрит?

БАКТЕРИАЛНИ ИНФЕКЦИИ НА ПИКОЧИТЕ

Инфекциите на пикочните пътища могат да причинят възпаление на уретрата (уретрит), пикочния мехур (цистит) и бъбреците (пиелонефрит) и понякога могат да се разпространят в други телесни системи чрез кръвния поток. Фигура (PageIndex{4}) улавя най-важните характеристики на различните видове UTI.

Фигура (PageIndex{4}): Бактериални инфекции на пикочните пътища.

Основни понятия и резюме

  • Бактериален цистит обикновено се причинява от фекални бактерии като Е. coli.
  • Пиелонефритът е сериозна бъбречна инфекция, която често се причинява от бактерии, които пътуват от инфекции на други места в пикочните пътища и може да причини системни усложнения.
  • Лептоспироза е бактериална инфекция на бъбреците, която може да се предаде при излагане на инфектирана животинска урина, особено в замърсена вода. По-често се среща в тропически, отколкото в умерен климат.
  • Негонококов уретрит (NGU) обикновено се причинява от C. trachomatis, M. genitalium, Ureaplasma urealyticum, и M. hominis.
  • Диагностиката и лечението на бактериални инфекции на пикочните пътища варират. Анализът на урината (например за нива на левкоцитна естераза, нива на нитрити, микроскопска оценка и култура на урина) е важен компонент в повечето случаи. Обикновено се използват широкоспектърни антибиотици.

Множество избор

Кой вид не е свързан с NGU?

A. Neisseria gonorrhoeae
B. Mycoplasma hominis
C. Chlamydia trachomatis
D. Mycoplasma genitalium

А

Щам бактерии, свързани с инфекция на пикочния мехур, показва грам-отрицателни пръчици. Кой вид е най-вероятно да бъде причинителят?

A. Mycoplasma hominis
B. Ешерихия коли
C. Neisseria gonorrhoeae
D. Chlamydia trachomatis

Б

Попълнете празното пространство

Пиелонефритът е потенциално тежка инфекция на _____.

бъбреците

Кратък отговор

Какво е пиурия?

Критично мислене

Кои са някои фактори, които биха увеличили риска на индивида от заразяване с лептоспироза?

Сътрудник

  • Нина Паркър (Университет Шенандоа), Марк Шнейгурт (Щатски университет Уичита), Анх-Хуе Тхи Ту (Югозападен държавен университет на Джорджия), Филип Листър (Обществен колеж в Централен Ню Мексико) и Брайън М. Форстър (Университетът на Сейнт Джоузеф) с много допринесли автори. Оригинално съдържание чрез Openstax (CC BY 4.0; безплатен достъп на https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Практика по инфекции на пикочните пътища Катедра по микробиология

Уринарният катетър Проби от урина за лабораторни изследвания могат да бъдат взети от катетеризирани пациенти, както е показано (вляво). Вторият порт е за поставяне на течности в пикочния мехур (вдясно). Урината от дренажната торбичка не трябва да се изследва, защото може да е престояла няколко часа.

ТРАНСПОРТНИ МЕДИИ плъзгачи Стерилен контейнер за урина Едната страна е CLED носител, другата може да бъде Mac. Конки (MAC) агар или кръвен агар.

Анализ на урина 1 - Тест (левкоцитна естераза, нитратен тест)

Анализ на урината 1 - Стик (левкоцитна естераза, нитратен тест) 2 - микроскопска камера за преброяване на клетки

Лабораторно изследване на урина Количествено (брой на колонии) +1 +2 +3 +4 проба от урина се нанася на ивици върху повърхността на плоча с кръвен агар и CLED агар / Mc Conkey агар със специална примка, калибрирана за доставяне на известен обем. Инкубация през нощта Изолиране на колонии, Биохимични тестове, Тест за чувствителност към лекарства, Инкубация през нощта РЕЗУЛТАТ Модул Инфекция на пикочните пътища’ 05 …. .

ГРАМ-ОТРИЦАТЕЛНИ ГРАМ-ПОЛОЖИТЕЛНИ Escherichia coli Enterococcus Klebsiella Staphylococcus saprophyticus Proteus Streptococcus agalactiae (група B) Други Enterobacteriaceae (Enterobacter, Citrobacter…. ) Staphylococcus aureus 1 (Ass •Assaaphymatooceum)

Причини за UTI's Escherichia coli Амбулаторни пациенти (%) 53 -72 Стационарни пациенти (%) 18 -57 (%) Коагулаза отрицателни Усложнени UTI Escherichia coli Етиология Staphylococcus Klebsiella pneumoniae Enterobacter видове Klebsiella Citrobacterbilico Proteu Escherichia coli Enterobacter Вид Klebsiella Citrobacterbilico Proteu M. вид Staphylococcus saprophyticus Pseudomonas Candida 2 -8 21 – 54 1. 9 – 17 6 ​​-12 1. 9 – 9. 6 4 -6 4. 73 -4– 6. 1 2 -12 0. 9 – 9. 6 18 2 2 – 19 0 -2 6. 1 – 23 0 -4 3 -8 2 -13 6 -15 4 -8 5 -6 7 -16 2 -4 0. 4 1 -11 2 -26 11

културална среда кръвен агар Mac. Конки агар обогатена среда диференциална среда CLED агар Селективна среда

Кръвен агар Обогатена среда, особено за култивиране на взискателни микроорганизми и наблюдавана хемолитичната реакция

Mac. Conkey's агар, показващ както лактозна, така и нелактозна ферментиращи колонии. Ферментиращите с лактоза колонии са розови, докато не-лактозно ферментиращите са безцветни или изглеждат същите като средата. |

CLED агар Селективна културална среда за откриване и изолиране на Escherichia coli и колиформни бактерии в урината

E coli Индол реакции Отрицателни Положителни

E coli Klebsiella pneumoniae Klebsiella

Растеж на Proteus : Роене CLED [(Cystine-Lactose. Electrolyte-Deficient) - инхибира роя на протея Протеус е уреазно положителен. Уреаза разделя уреята на амоняк и алкализира урината с производството на кристали

E coli Klebsiella pneumoniae Pseudomonas aeruginosa Proteus spp,

Три ленти API 20 E: a. Веднага след инокулацията b. След 24 часа инкубация c. Това в (б) след добавяне на реагенти към определени ямки. Организмите тук са Escherichia coli. Тук първият въглехидратен кладенец (глюкоза) също се използва за теста за намаляване на нитратите

Видове Enterococcus Биохимична идентификация Хидролиза на жлъчен ескулин Както стрептококите от група D, така и ентерококите дават положителен (ляв) тест за хидролиза на жлъчен ескулин.

Staphylococcus spp Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis Златни колонии (жълтеникави) бели колонии

Диференциални характеристики Каталаза 2 H 2 O 2 + 2 H 2 O Стрептококи срещу стафилококи

Диференциални характеристики Staphylococcus aureus Coagulase POS Coagulase NEG S. aureus

ТЕСТ ЗА НОВОБИОЦИН Staphylococcus saprophyticus (резистентен-Новобиоцин) Staphylococcus epidermidis (чувствителен-Новобиоцин)

Гентамизин (CN) Хлорамфеникол (C) Пеницилин (P) : 12 - 15 : 12 - 18 : 28 - 29 R (устойчив) S (чувствителен) P C Staphylococcus aureus CN CN

Тест за чувствителност към антибиотици: Агар дифузионен метод

Случай 1. Предоставената плака с кръвен агар и CLED плака бяха инокулирани с проба от урина от пациент със съмнение за инфекция на пикочните пътища. Разгледайте предоставените табели и снимки. • Идентифицирайте колониите върху плочките с кръвен агар и снимките. Снимките показват резултатите от оцветяването по Грам на всеки тип колония. • Големите колонии са Грам………. а малките колонии са Грам………. CLED плака Кръвен агар Оцветяване по Грам

Случай 2 Тези плочки с кръвен агар и CLED агар бяха инокулирани с MSU от 45-годишен мъж, за който се подозира, че има камъни в пикочния мехур и се оплаква от парещо уриниране. Изследването на урината показа: Умерен брой WBC и PH 8 CLED Кръв A) Какъв е вероятният този патоген? агар Б) Как бихте потвърдили идентичността на този патоген? В) Каква е ролята на този организъм при образуването на камъни?

Candida albicans Растеж върху Sabouraud's декстрозна среда Candida albicans върху кръвен агар

Schistosoma haematobium (яйца в урината 115 -170 x 4565 микрометра) (примати)

Candida albicans: идентификационни тестове Тест с хламидоспорови зародиши

A A Грам положителни коки във вериги B Ескулин положителен

A Роене на BA B Урея тест

Тест с индол за оцветяване по Грам B A Отрицателен Положителен

Каталазен тест Оцветяване по Грам A B Коагулазен тест Отрицателен C

дискусия Посочете по един организъм от всеки от следните, който може да причини инфекция на пикочните пътища A) Бактерии ………………. . Б) Паразити ……………… В) Гъбички ………………


Инфекция на пикочните пътища: как се загнездят бактериите

Почти всяка втора жена страда от инфекция на пикочния мехур в даден момент от живота си. Също така мъжете са засегнати от цистит, макар и по-рядко. В осемдесет процента от случаите се причинява от чревна бактерия Е. coli. Пътува по уретрата до пикочния мехур, където предизвиква болезнени инфекции. В Природни комуникации изследователи от университета в Базел и ETH Цюрих обясняват как тази бактерия се прикрепя към повърхността на пикочните пътища чрез протеин със сложна техника за заключване, която предотвратява изхвърлянето й от потока на урината.

Много жени вече са изпитали колко болезнена може да бъде инфекцията на пикочния мехур: пареща болка по време на уриниране и постоянно желание за уриниране са типичните симптоми. Основната причина за повтарящи се инфекции на пикочните пътища е бактерия, открита в нормалната чревна флора, Ешерихия коли. Бактериите навлизат в пикочните пътища, прикрепват се към повърхността и причиняват възпаление.

Екипите на проф. Timm Maier от Biozentrum и проф. Beat Ernst от Pharmazentrum на университета в Базел, заедно с проф. Rudolf Glockshuber от Института по молекулярна биология и биофизика към ETH Zurich, сега са открили как бактериите се придържат към пикочните пътища под поток на урина чрез протеина FimH и впоследствие се придвижват нагоре по уретрата.

Чревната бактерия се придържа към клетъчните повърхности с протеина FimH

Патогенът има дълги, подобни на косми придатъци с протеина FimH на върха, образувайки малка кука. Този протеин, който прилепва към захарните структури на клетъчната повърхност, има специално свойство: толкова по-здраво се свързва с клетъчната повърхност на пикочните пътища, колкото повече се дърпа. Тъй като силните сили на опън се развиват по време на уриниране, FimH може да предпази бактерията от изхвърляне.

„Чрез комбинацията от няколко биофизични и биохимични метода, ние успяхме да изясним поведението на свързване на FimH по-подробно от всякога“, казва Глокшубер. В своето изследване учените демонстрират как механичните сили контролират силата на свързване на FimH. „Протеинът FimH се състои от две части, от които втората несвързваща част от захарта регулира колко плътно първата част се свързва със захарната молекула“, обяснява Майер. "Когато силата на струята на урината раздели двата протеинови домена, мястото на свързване на захарта се затваря. Когато обаче силата на опън спадне, свързващият джоб се отваря отново. Сега бактериите могат да се отделят и да плуват нагоре по течението на уретрата."

Лекарства срещу FimH за борба с инфекции на пикочните пътища

Инфекциите на пикочните пътища са втората най-честа причина за предписване на антибиотици. И все пак, във времена на нарастваща резистентност към антибиотици, фокусът все повече се премества към намирането на алтернативни форми на лечение. За профилактика и лечение на Е. coli инфекции, лекарства, които биха могли да предотвратят първоначалното FimH прикрепване на бактериите към пикочните пътища, биха могли да се окажат подходяща алтернатива, тъй като това би направило употребата на антибиотици често ненужна.

Това отваря възможността за намаляване на употребата на антибиотици и по този начин предотвратяване на по-нататъшното развитие на резистентност. Проф. Ернст, от Pharmazentrum на университета в Базел, работи интензивно върху разработването на FimH антагонисти от много години. Изясняването на механизма на FimH подкрепя тези усилия и ще допринесе значително за идентифицирането на подходящо лекарство.


Методи и материали

Учебна настройка

Проучването е проведено от май до юли 2018 г. в Мемориалната болница Zewditu, Адис Абеба, Етиопия. Адис Абеба е столицата на Етиопия. Според доклада за преброяването от 2007 г., 28 град Адис Абеба има общо население от 2 738 248 души, с темп на растеж от 2,1%. Въз основа на тази цифра централната статистическа агенция на Етиопия изчисли, че се предвижда населението на Адис Абеба да достигне около 3,95 милиона през 2018 г. ZMH е една от най-големите болници в Етиопия и се намира в централната част на Адис Абеба. Тя е построена, притежавана и управлявана от Църквата на адвентистите от седмия ден, но по-късно е национализирана по време на режима на Дерг през 1976 г. Тя предоставя всестранни здравни услуги и е водещата болница, предоставяща антиретровирусно лечение (ART) и справяне с други хронични заболявания , включително DM.

Дизайн на изследването и участници

Проведено е напречно проучване, базирано в болница, за определяне на разпространението на бактериална инфекция на пикочните пътища и модели на антимикробна резистентност на бактериални уропатогени сред пациенти със захарен диабет в Мемориалната болница Zewditu, Адис Абеба, Етиопия.

Източник на населението

Изходната популация са всички пациенти с диабет, посещаващи ZMH.

Проучване на населението

Включени са пациенти с диабет, дошли за проследяване в ZMH.

Критерии за включване

Проучването включва пациенти със DM над 18 години и тези, които са дошли в ZMH за проследяване през периода на проучването и са били готови да участват.

Критерии за изключване

Пациенти със DM, които са приемали антибактериални лекарства през предходните две седмици, бременни жени със DM и пациенти със DM, които преди това са били изложени на катетеризация, са изключени от проучването.

Оперативна дефиниция

Асимптоматична бактериурия: наличие на значителна бактериурия (� 5 cfu/mL) в уринокултура без признаци и симптоми на инфекция на пикочните пътища.

MDR: нечувствителност към поне един агент в три или повече антимикробни категории.

Симптоматична бактериурия: наличие на значителни бактерии в уринокултурата (� 5 cfu/mL), придружено от поне две оплаквания от симптоми на UTI като дизурия, спешност за уриниране, често уриниране, супрапубисна болка, болка в хълбока, треска и втрисане.

Размер на пробата и техника за вземане на проби

Размерът на извадката беше изчислен чрез прилагане на формулата за съотношение на единичната популация, n=(Zα/2) 2 × p (1−p)/d 2 ), където n = размер на извадката, z = статистика за ниво от доверие, d = граница на грешка и p = очаквано или пропорционално разпространение, 95% ниво на доверие с граница на грешка от 5% и 17,8% разпространение от предишно проучване 29, проведено в университетска болница Gondar. Изчислението доведе до 225 проби. Следователно, 225 участници в проучването бяха избрани с помощта на техника за систематично произволно вземане на проби чрез метода на лотарията от последващи записи на пациенти с DM и бяха събрани данни и проба от урина, когато дойдоха за проследяване по време на периода на проучването. Дописите за проследяване на DM в болницата показват, че общият брой пациенти с DM, посещаващи ZMH за проследяване на лечението по време на периода на събиране на пробата, е 750.

Събиране на данни и лабораторни методи

Клиничен преглед

След получаване на информирано съгласие от пациентите, социално-демографските и клиничните данни бяха събрани от пациенти с помощта на предварително структурирани въпросници от медицински сестри.

Колекция от образци

Прясно изпразнена проба от средна урина (10� mL) беше събрана в стерилен, сух и непропускащ контейнер с широко гърло, след като бяха инструктирани записаните пациенти с DM да почистват гениталиите си със сапун и вода. 4

Процедура за култивиране и идентификация

Пробите от урина, получени от пациенти със DM, се инокулират върху агар MacConkey (HKM, Китай) и кръвен агар (Biomark, Индия) 30, като се използва калибриран контур (0,001 mL). Културите се инкубират в аеробна атмосфера при 37ଌ за 24 часа. Положителната уринокултура беше дефинирана като брой колонии от � 5 CFU/mL за средна урина. 31 За преброяване е използван брояч на колонии Stuart scienti󻀜. Всички положителни култури бяха допълнително идентифицирани чрез характеристиките на колонията и оцветяването по Грам. По-нататъшна идентификация беше извършена с помощта на различни биохимични тестове, включително каталаза, манитол солен агар и PYR тест за грам-положителни бактерии и използване на манитол, производство на сероводород (H2S), производство на индол, използване на цитрат, тест с лизин железен агар, производство на газ, хидролиза на урея и тестове за подвижност и въглехидратен метаболизъм за грам-отрицателни бактерии. 4

Тестване за антимикробна чувствителност

Тестването за антимикробна чувствителност беше направено върху агар Mueller–Hinton (Oxoid, Англия) с помощта на метода за дифузия на диска Kirby�uer, базиран на указанията на Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI). 32 Когато се получи чиста култура, се взема бримка от бактерии (3𠄵 чисти колонии) и се емулгира в 5mL стерилен нормален физиологичен разтвор и се разбърква внимателно, докато се образува хомогенна суспензия. Then, the turbidity of the suspension was adjusted to the density of a McFarland 0.5 standard (Mary-l𠆞toil, France). A sterile cotton swab was dipped into the suspension, and excess suspension was removed by gentle rotation of the swab against the surface of the tube in order to standardize the inoculum size. The swab was then used to distribute the bacteria evenly over the entire surface of Mueller–Hinton agar (Oxoid, England). The inoculated plates were left at room temperature to dry for 3𠄵 minutes. Next, selected antimicrobial disks were placed on the plate by a disk dispenser and incubated at 35ଌ�ଌ for 16� hours. 4,30 The antimicrobial agents tested with respective concentrations were: nitrofurantoin (30 µg), ciprofloxacin (15 µg), doxycycline (30µg), ampicillin (10µg), vancomycin (30µg), co-trimoxazole (25µg), gentamycin (10µg), cefoxitin (30µg), penicillin (10 units), meropenem (10µg), ceftazidime (30µg), cefuroxime (5µg), cefepime (30µg), and amoxicillin-clavulanate (30µg). These antimicrobial agents were selected based on recommended drugs for treatment of UTIs from CLSI guidelines 32 and Ethiopian hospital treatment guidelines, 2014. Diameters of the zone of inhibition around the disks were measured using a digital caliper. The result was interpreted as sensitive, intermediate and resistant based on CLSI guidelines. 30 Multiple-drug resistance is defined as non-susceptibility of tested bacteria to at least one antimicrobial agent in three or more antimicrobial categories. 33 Positive results from urine culture and antimicrobial sensitivity test results were reported to the attending physicians for subsequent treatment and follow-up.

Quality Assurance

Completeness of the questionnaires was properly checked by applying a pre-test before the actual data collection. Collection and examination of the specimens were done following the standard operating procedures (SOPs) for urinalysis, culture and antimicrobial susceptibility patterns. Proper specimen labeling and matching with respective identification numbers was checked. Sterility and performance of culture media was tested prior to the actual work. Sterility of media was checked by incubating overnight at 37ଌ. В допълнение, Е. coli (ATCC 25922), K. pneumoniae (ATCC 700603), P. mirabilis (ATCC 35699) and S. aureus (ATCC 25923) were used as reference strains. Training was given for data collectors, who were all nurses.

Data Analysis and Interpretation

The data were cleaned, edited and entered onto Epi-data version 3.2.1 and analyzed using SPSS version 20 statistical software for further analysis. Different variables were described and characterized by frequency distribution. Binary and multivariate logistic regressions were used and a p-value of less than or equal to 0.05 with a 95% confidence interval was considered to test statistically significant associations.


Causes of urinary tract infections

It is very common for urinary tract infections to be generated by the entry of bacteria through the urethra, which then multiply in the bladder and sometimes reach the kidney. The urinary system is prepared to repel these agents, however, there are sometimes failures in that defense.

Women are more prone to this type of infection due to the short distance between the urethra and the anus, and between the urethral opening and the bladder. В такъв случай, the same anatomy predisposes the passage of gastrointestinal bacteria to the urinary tract .

Other factors that influence are the following:

  • Sexual activity
  • Menopause
  • Contraceptive methods
  • Urinary tract obstructions and anatomical abnormalities
  • Depressed immune system
  • Kidney surgeries or catheter use

Women are much more likely than men to have urinary tract infections


Диагноза

Diagnosis by culture is not always necessary. If done, diagnosis by culture requires demonstration of significant bacteriuria in properly collected urine.

Urine collection

If a sexually transmitted disease (STD) is suspected, a urethral swab for STD testing is obtained prior to voiding. Urine collection is then by clean-catch or catheterization.

За получаване на а clean-catch, midstream specimen, the urethral opening is washed with a mild, nonfoaming disinfectant and air dried. Contact of the urinary stream with the mucosa should be minimized by spreading the labia in women and by pulling back the foreskin in uncircumcised men. The first 5 mL of urine is not captured the next 5 to 10 mL is collected in a sterile container.

А specimen obtained by catheterization is preferable in older women (who typically have difficulty obtaining a clean-catch specimen) and in women with vaginal bleeding or discharge. Many clinicians also use catheterization to obtain a specimen if evaluation includes a pelvic examination. Diagnosis in patients with indwelling catheters is discussed elsewhere (see Bacterial Urinary Tract Infections in Patients with Indwelling Bladder C. ).

Testing, particularly culturing, should be done within 2 hours of specimen collection if not, the sample should be refrigerated.

Тестване на урина

Microscopic examination of urine is useful but not definitive. Pyuria is defined as ≥ 8 white blood cells (WBCs)/mcL of uncentrifuged urine, which corresponds to 2 to 5 WBCs/high-power field in spun sediment. Most truly infected patients have > 10 WBCs/mcL. The presence of bacteria in the absence of pyuria, especially when several strains are found, is usually due to contamination during sampling. Microscopic hematuria occurs in up to 50% of patients, but gross hematuria is uncommon. WBC casts, which may require special stains to differentiate from renal tubular casts, indicate only an inflammatory reaction they can be present in pyelonephritis, glomerulonephritis, and noninfective tubulointerstitial nephritis.

Pyuria in the absence of bacteriuria and of urinary tract infection (UTI) is possible, for example, if patients have nephrolithiasis, a uroepithelial tumor, appendicitis, or inflammatory bowel disease or if the sample is contaminated by vaginal WBCs. Women who have dysuria and pyuria but without significant bacteriuria have the urethral syndrome or dysuria-pyuria syndrome.

Dipstick tests also are commonly used. A positive nitrite test on a freshly voided specimen (bacterial replication in the container renders results unreliable if the specimen is not tested rapidly) is highly specific for UTI, but the test is not very sensitive. The leukocyte esterase test is very specific for the presence of > 10 WBCs/mcL and is fairly sensitive. In adult women with uncomplicated UTI with typical symptoms, most clinicians consider positive microscopic and dipstick tests sufficient in these cases, given the likely pathogens, cultures are unlikely to change treatment but add significant expense.

култури are recommended in patients whose characteristics and symptoms suggest complicated UTI or an indication for treatment of bacteriuria. Common examples include the following:

Patients with urinary tract abnormalities or recent instrumentation

Patients with immunosuppression or significant comorbidities

Patients whose symptoms suggest pyelonephritis or sepsis

Patients with recurrent UTIs (≥ 3/year)

Samples containing large numbers of epithelial cells are contaminated and unlikely to be helpful. An uncontaminated specimen must be obtained for culture. Culture of a morning specimen is most likely to detect UTI. Samples left at room temperature for > 2 hours can give falsely high colony counts due to continuing bacterial proliferation. Criteria for culture positivity include isolation of a single bacterial species from a midstream, clean catch, or catheterized urine specimen.

За asymptomatic bacteriuria, criteria for culture positivity based on the guidelines of the Infectious Diseases Society of America (see Guidelines for the Diagnosis and Treatment of Asymptomatic Bacteriuria in Adults) are

Two consecutive clean-catch, voided specimens (for men, one specimen) from which the same bacterial strain is isolated in colony counts of > 10 5 /mL

Among women or men, in a catheter-obtained specimen, a single bacterial species is isolated in colony counts of > 10 2 /mL

За symptomatic patients, culture criteria are

Uncomplicated cystitis in women: > 10 3 /mL

Uncomplicated cystitis in women: > 10 2 /mL (This quantification may be considered to improve sensitivity to E. coli.)

Acute, uncomplicated pyelonephritis in women: > 10 4 /mL

Complicated UTI: > 10 5 /mL in women or > 10 4 /mL in men or from a catheter-derived specimen in women

Acute urethral syndrome: > 10 2 /mL of a single bacterial species

Any positive culture result, regardless of colony count, in a sample obtained via suprapubic bladder puncture should be considered a true positive.

In midstream urine, Е. coli in mixed flora may be a true pathogen (1).

Occasionally, UTI is present despite lower colony counts, possibly because of prior antibiotic therapy, very dilute urine (specific gravity < 1.003), or obstruction to the flow of grossly infected urine. Repeating the culture improves the diagnostic accuracy of a positive result, ie, may differentiate between a contaminant and a true positive result.

Infection localization

Clinical differentiation between upper and lower UTI is impossible in many patients, and testing is not usually advisable. When the patient has high fever, costovertebral angle tenderness, and gross pyuria with casts, pyelonephritis is highly likely. The best noninvasive technique for differentiating bladder from kidney infection appears to be the response to a short course of antibiotic therapy. If the urine has not cleared after 3 days of treatment, pyelonephritis should be sought.

Symptoms similar to those of cystitis and urethritis can occur in patients with vaginitis, which may cause dysuria due to the passage of urine across inflamed labia. Vaginitis can often be distinguished by the presence of vaginal discharge, vaginal odor, and dyspareunia.

Men with symptoms of cystitis that do not respond to usual antimicrobial therapy may have prostatitis.

Other testing

Seriously ill patients require evaluation for sepsis, typically with complete blood count (CBC), electrolytes, lactate, blood urea nitrogen (BUN), creatinine, and blood cultures. Patients with abdominal pain or tenderness are evaluated for other causes of an acute abdomen.

Patients who have dysuria/pyuria but no bacteriuria should have testing for a sexually transmitted disease (STD), typically using nucleic acid-based testing of swabs from the urethra and cervix (see Chlamydial Infections: Diagnosis).

Most adults do not require assessment for structural abnormalities unless the following occur:

The patient has ≥ 2 episodes of pyelonephritis.

Infections are complicated.

Nephrolithiasis is suspected.

There is painless gross hematuria or new renal insufficiency.

Fever persists for ≥ 72 hours.

Urinary tract imaging choices include ultrasonography, CT, and intravenous urography (IVU). Occasionally, voiding cystourethrography, retrograde urethrography, or cystoscopy is warranted. Urologic investigation is not routinely needed in women with symptomatic cystitis or asymptomatic recurrent cystitis, because findings do not influence therapy. Children with UTI often require imaging.

Diagnosis reference

Hooton TM, Roberts PL, Cox ME, Stapleton AE: Voided midstream urine culture and acute cystitis in premenopausal women. N Engl J Med 369(20):1883-1891, 2013.


Male Reproductive Cancers

Figure 18.5.5 The mustache is a symbol for “Movember,” a campaign against prostate cancer.

Why does the airplane in Figure 18.5.5 have a huge mustache on its “face”? The mustache is a symbol of “Movember.” This is an international campaign to raise awareness of prostate cancer, as well as money to fund prostate cancer research.


6. Risk Factors for Acquisition of Antimicrobial Resistance in Е. coli

Antibiotic exposure is the most important factor for the selection of antimicrobial resistance. Lee et al. described that increased exposure to fluoroquinolones/cephalosporins made bacteria more resistant to fluoroquinolone/cephalosporins [30]. Although it is not fully understood in detail how antibiotic resistance arises in microorganisms after their exposure to antibiotics, Baquero suggested that exposure to very low antibiotic concentrations can select for low-level resistant mutants, which serve as stepping stones to the strains with high-level resistance [5]. Similarly, Cantón et al. suggested that the use of an antibiotic at a concentration capable of preventing the generation of mutants, above the minimal inhibitory concentration, would restrict the emergence of such first-step mutants within a susceptible population [107]. Undesirable exposure to antibiotics typically occurs due to the abuse or misuse of antibiotics. In many countries, antibiotics can be obtained over the counter and are as easy to obtain as aspirin and cough medicine [108], which is a major contributing factor to antibiotics abuse. Recently, a study from India, where resistant rate of antibiotics has been relatively high, investigated antibiotics misuse where participants with limited access to an allopathic doctor, either for logistical or economic reasons, were observed to be more likely to purchase medications directly from a pharmacy without a prescription [109]. In the United States 20 years ago, experts estimated that at least half of the human therapeutic use of antibiotics in the United States was unnecessary or inappropriate [4].

Colonization has also been suggested to be risk factor for the selection of antimicrobial resistance. Most clinical factors associated with colonization and infection by ESBL-producing organisms involve healthcare exposure, such as hospitalization, residence in a long-term care facility, hemodialysis use, and the presence of an intravascular catheter [110, 111]. In a study of Dutch individuals who had no ESBL colonization prior to international travel, 34 percent overall and 75 percent of individuals who travelled to southern Asia became colonized by ESBL-producing strains following their travels [112]. Another report showed an ESBL prevalence of 49.0-64.0% for residents and 5.2-14.5% for staff [113]. Thus, travelers to endemic areas, hospitalized patients, care-givers in health care unit, guardians of in-patients, and hospital workers, including residents, are at an increased risk of colonization by antimicrobial resistant bacteria, showing the importance of environmental hygiene and taking precautions against contact with MDR bacteria. Once a cluster of resistant bacteria colonizes any part of the human body, it is possible that the bacteria will grow and horizontally transfer plasmid-encoded resistance genes to other susceptible bacteria or to different species [58].

Another important route of slow encroachment by resistant bacteria is the dispensing of antibiotics into ecosystems. Harrison et al. demonstrated that human ingestion of animal and plant food products carries a strong potential for the spread of antibiotic resistance genes via the consumption of antibiotic residues and antibiotic-resistant bacteria [4]. The authors concluded that the continued use of antibiotics in livestock and other agricultural endeavors may soon make these drugs ineffective for human therapeutic use.

Finally, indwelling catheters, which lead to complicated UTIs, are a known a risk factor for the acquisition of MDR bacteria [114].


List of Antimicrobics and its Uses | микробиология

Here is a list of Antimicrobics (antibiotics) and its uses.

Is used against Gram positive bacterial infections, streptococcal sore throat, gonorrhea and syphilis.

Is used against Gram positive and Gram negative bacterial infections, middle ear infections, urinary tract infections cause by Enterococcus faecalis and infections caused by Escherichia coli.

It is used against Gram positive and Gram negative bacterial infections, penicilliase producing Staphylococcus aureus infections.

Are used against Gram positive and Gram negative bacterial infections, urinary tract and other infections due to Escherichia coli, middle ear infections and meningitis caused by Haemophilus influenza.

Used against Gram negative bacterial infections, bubonic plague and tularemia.

Used against Gram negative bacterial infections. Used as topical ointment for general cuts and abrasions of the skin.

Is used against Gram positive and Gram negative bacterial infections, meningitis caused by Haemophilus influenza or Veisseria meningitidis and typhoid fever.

Effective against Gram positive and Gram negative bacterial infections, pneumonia due to Mycoplasma, in nongonococcal urinary tract infections.

Is used against Gram positive bacterial infections, tropical ointment for general cuts and abrasions of the skin.

Is used against Gram positive and Gram negative bacterial infections, whooping cough, diphtheria, diarrhoea, caused by Campylobacter. It is also effective against pneumonia caused by Legionella or mycoplasma.

Is used in Gram positive and Gram negative bacterial infections, tuberculosis and Hansen disease (leprosy).

Is used against yeast infections and Candida albicans infections of skin and vagina.

Is used against ringworm of hair and nails.

Is used in systemic mycosis, histoplasmosis and cryptococcal meningitis.

Is used against candidiasis, cryptococcosis and aspergillosis.

Is used in candidiasis, fungal skin infections and some systemic mycosis.

Is used against Pneumocystis carinii pneumonia and the African sleeping sickness (protozoal).

Is used in the infections caused by Entamoeba histolytica and Trichomonas vaginalis.

Is used against HIV infections.

Is used against influenza type A infections.

Is used against herpesvirus in herpes simplex, cytomegalovirus and varicella-zoster virus infections.


Urinary tract infection: How bacteria nestle in

Using the protein FimH (yellow/red) located at the tip of long protrusions, the bacterial pathogen Е. coli (grey) attaches to cell surfaces of the urinary tract. Credit: Maximilian Sauer, ETH Zürich

Almost every second woman suffers from a bladder infection at some point in her life. Also men are affected by cystitis, though less frequently. In eighty percent of the cases, it is caused by the intestinal bacterium Е. coli. It travels along the urethra to the bladder where it triggers painful infections. В Природни комуникации researchers from the University of Basel and the ETH Zurich explain how this bacterium attaches to the surface of the urinary tract via a protein with a sophisticated locking technique, which prevents it from being flushed out by the urine flow.

Many women have already experienced how painful a bladder infection can be: a burning pain during urination and a constant urge to urinate are the typical symptoms. The main cause of recurrent urinary tract infections is a bacterium found in the normal flora of the intestine, Ешерихия коли. The bacteria enter the urinary tract, attach to the surface and cause inflammation.

The teams of Prof. Timm Maier at the Biozentrum and Prof. Beat Ernst at the Pharmazentrum of the University of Basel, along with Prof. Rudolf Glockshuber from the Institute of Molecular Biology and Biophysics at the ETH Zurich, have now discovered how bacteria adhere to the urinary tract under urine flow via the protein FimH and subsequently travel up the urethra.

Intestinal bacterium adheres to the cell surfaces with the protein FimH

The pathogen has long, hairlike appendages with the protein FimH at its tip, forming a tiny hook. This protein, which adheres to sugar structures on the cell surface, has a special property: It binds more tightly to the cell surface of the urinary tract the more it is pulled. As strong tensile forces develop during urination, FimH can protect the bacterium from being flushed out.

"Through the combination of several biophysical and biochemical methods, we have been able to elucidate the binding behavior of FimH in more detail than ever before", says Glockshuber. In their study, the scientists have demonstrated how mechanical forces control the binding strength of FimH. "The protein FimH is composed of two parts, of which the second non-sugar binding part regulates how tightly the first part binds to the sugar molecule", explains Maier. "When the force of the urine stream pulls apart the two protein domains, the sugar binding site snaps shut. However, when the tensile force subsides, the binding pocket reopens. Now the bacteria can detach and swim upstream the urethra."

Drugs against FimH to combat urinary tract infections

Urinary tract infections are the second most common reason for prescribing antibiotics. Yet, in times of increasing antibiotic resistance, the focus moves increasingly to finding alternative forms of treatment. For the prevention and therapy of Е. coli infections, drugs that could prevent the initial FimH attachment of the bacteria to the urinary tract could prove to be a suitable alternative, as this would make the use of antibiotics often unnecessary.

This opens up the possibility of reducing the use of antibiotics and thus preventing the further development of resistance. Prof. Ernst, from the Pharmazentrum of the University of Basel, has been working intensively on the development of FimH antagonists for many years. The elucidation of the FimH mechanism supports these efforts and will greatly contribute to the identification of a suitable drug.


Ritwij Kulkarni


I am an Immunologist/Microbiologist with broad research interests and training in mucosal immunology, cell biology, bacterial genetics and animal models of infection. The goal of the research program in my laboratory is to gain molecular and cellular insights into the complex interactions between bacterial pathogens and their human host. Currently, we are studying two main lines of research in my laboratory:


1. Cigarette Smoke and Respiratory Tract Infections
The main objective of this research project is to delineate the complex molecular interplay between cigarette smoke chemicals, host innate immunity and bacterial virulence. The human nasopharyngeal epithelium, a sentinel site of respiratory immunity, is constantly inhabited by the normal microbiota, which includes highly pathogenic (and deadly) pathogens such as Стафилококус ауреус, пневмокок и Haemophilus influenzae. Our publications support that the oxidant chemicals in cigarette smoke suppress the epithelial detection of microbial products while inducing the virulence of respiratory pathogens such as Стафилококус ауреус. We use a mouse model of nasal colonization as well as high-throughput techniques such as RNA-seq. In addition, primary cell cultures of murine/human phagocytes (neutrophils and macrophages) are used to determine why smoke-exposed bacterial are significantly better at escaping innate immune defenses such as phagocytosis and intracellular killing.


2. Molecular Pathophysiology of Bacterial Urinary Tract Infections
Urinary tract infection (UTI) is a highly prevalent and resource-taxing disease worldwide. Уропатогенен Ешерихия коли (UPEC) is the principal causative agent of UTI. The main obstacle in the successful treatment of UPEC-UTI is the continual emergence of drug-resistant strains, propensity for recurrence and unavailability of a licensed vaccine. Over last three decades, substantial research effort has been aimed at deciphering UPEC virulence mechanisms and host immune responses during UTI. The main goal of this project is to define the role of NLRP3 inflammasomes in the immune defense against different uropathogenic bacteria. We use techniques in molecular microbiology and immunology (quantitative real-time PCR, western blot, ELISA, FACS) to monitor the progression of UTI in a mouse model of ascending UTI.

Some of the important techniques used in our lab:
Mouse model of intranasal colonization
Mouse model of intra-tracheal inoculation
Mouse model of ascending UTI
SDS-PAGE and western blot
Quantitative real-time PCR
ELISA
FACS
Bacterial and eukaryotic transcriptome analysis by RNAseq (RNA sequencing)

I encourage post-docs and students (graduate and undergraduate) interested in working in my lab to contact me [email protected]

Selected Peer-reviewed Publications

1. Kulkarni R $ , Caskey J, Singh S, Paudel S, Baral P, Schexnayder M*, Kim J, Kim N, Kosmider B, Ratner AJ, Jeyaseelan S. CSE exposed MRSA does not modulate leukocyte recruitment but regulates leukocyte function for persistence in the lungs Am J Respir Cell Mol Biol 2016 Oct 55(4):586-601 $ Corresponding author

2. Amaral FE*, Parker D, Randis TM, Kulkarni R, Prince AS, Shirasu-Hiza MM, Ratner AJ. Rational manipulation of mRNA folding free energy allows rheostat control of pneumolysin production by Streptococcus pneumoniae. PLoSONE 2015 DOI 10.1371

3. Paragas N # , Kulkarni R # , Werth M # , Schmidt-Ott KM # , Forster C, Deng R, Zhang Q, Singer E, Klose AD, Shen TH, Francis KP, Ray S, Vijayakumar S, Seward S, Bovino ME, Xu K, Takabe Y, Mohan S, Wax R, Corbin K, Sanna-Cherchi S, Mori K, Johnson L, Nickolas T, D’Agati V, Lin C-S, Payne S, Qiu A, Al-Awqati Q, Ratner AJ and Barasch J. The α-Intercalated Cell Defends the Urinary System from Bacterial Infection. J Clin Invest. 2014 Jul 124(7): 2963-76. # equal contribution.

4. Leissinger M, Kulkarni R, Zemans RL, Downey GP, Jeyaseelan S Investigating the role of NOD-like receptors in bacterial lung infections. Преглед Am J Respir Crit Care Med. 2014 Jun 189(12):1461-8.

5. Kulkarni R, Jeyaseelan S Strangers with candy: policing the lungs with C-type lectins. Invited editorial. J Leukoc biol 201394(3):387-9

6. Kulkarni R, Randis TM, Antala S*, Wang A*, Amaral FA, Ratner AJ βH/C of group B streptococci enhances host inflammation but is dispensable for establishment of urinary tract infection. PLoSONE 2013, 8(3):e59091.

7. Kulkarni R, Antala S, Wang A, Amaral FA, Rampersaud R, Ratner AJ Cigarette smoke increases Staphylococcus aureus biofilm formation via oxidative stress. Infect Immun 2012 80(11):3804-11.

8. Paragas N, Qiu A, Zhang Q, Samstein B, Deng SX, Schmidt-Ott KM, Viltard M, Yu W, Forster CS, Gong G, Liu Y, Kulkarni R, Mori K, Kalandadze A, Ratner AJ, Devarajan P, Landry DW, D'Agati V, Lin CS, Barasch J. The Ngal reporter mouse detects the response of the kidney to injury in real time. Природна медицина 2011 17(2): 216-22.

9. Rampersaud R, Planet PJ, Randis TM, Kulkarni R, Aguilar JL, Lehrer RI, Ratner AJ. Inerolysin, a cholesterol-dependent cytolysin produced by Lactobacillus iners. J Bacteriol 2011 193(5): 1034-41.

10. Kulkarni R, Rampersaud R, Aguilar JL, Randis TM, Kreindler JL, Ratner AJ. Cigarette smoke inhibits airway epithelial innate immune responses to bacteria. Инфектирайте Immun 2010 78(5): 2146-52.

11. Aguilar JL, Kulkarni R, Randis TM, Soman S, Kikuchi A, Yin Y, Ratner AJ. Phosphatase-dependent regulation of epithelial mitogen-activated protein kinase responses to toxin-induced membrane pores. PLOS ONE 2009 4(11): e8076.