Patienten anlände till sjukhuset med det som såg ut som en bakterieinfektion. Men då blev saker mycket allvarligare: Patienten utvecklade en "köttätande" infektion som i slutändan krävde amputation av båda armarna och båda benen.
Vad fick infektionen att spinna ur kontroll? Det visade sig att det inte var en infektion med en enda typ av bakterier, utan snarare en mashup av fyra olika stammar av samma art.
Nu vet forskare exakt hur dessa bakteriestammar fungerar tillsammans för att decimera vävnader i kroppen, som rapporterats i en ny studie. Och resultaten kan ha konsekvenser för att behandla dessa så kallade "polymikrobiella" infektioner.
I det senaste fallet fann Dr. Ashok Chopra, en professor i mikrobiologi och immunologi vid University of Texas Medical Branch och hans kollegor fyra distinkta stammar av samma bakterieart, känd som Aeromonas hydrophilahos den infekterade patienten. Tillsammans startade mikroberna en attack mer dödlig än någon enskild stam skulle ha orkesterat ensam.
Studien, som publicerades 11 november i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, antyder att tre av bakteriestammarna tillåter den fjärde att komma in i blodomloppet och lägga avfall till vävnader i hela kroppen. A. hydrophila är en sällsynt orsak till köttätande infektioner, men Chopra spekulerade i att andra köttätande bakterier, t.ex. E coli, kan också använda en liknande attackstrategi. Men mer forskning skulle behövas för att visa detta, sade han.
"De kunde ha olika gifter ... men de kan ha liknande" tvärtal "bland olika stammar," sa Chopra. "I slutet av dagen ser jag att detta har mycket större konsekvenser i kliniska miljöer."
Flera mikrober
När den infekterade patienten togs in på sjukhuset använde läkare traditionell diagnostik för att avgöra vilken patogen som skulle skylla. De identifierade A. hydrophila, en mikrob som vanligtvis finns i sötvatten och brackmiljöer, från sjöar till floder till dricksvatten, enligt det kliniska referensstället UpToDate. Vid intag kan bakterien orsaka diarré eller infektera mjuka vävnader i kroppen. Men när A. hydrophila kommer in i ett öppet sår, en fruktansvärd sjukdom som kallas "nekrotiserande fasciit" kan uppstå.
Den sällsynta infektionen kommer snabbt in och dödar bindväv i hela kroppen, vilket lämnar den drabbade personen utsatt för organsvikt och död, enligt National Organization for Rare Disorders. Den köttätande infektionen måste behandlas snabbt med antibiotika eller kirurgi, vilket var fallet med patienten i den nya studien. I slutändan kunde bara en fyrdubblad amputation rädda patienten från de rasande mikroberna.
Patientens initiala diagnos avslöjade inte varför infektionen tog en så plötslig och dödlig vändning. Traditionella diagnostiska test identifierar olika bakteriearter baserade på proteiner och gifter som bakterierna producerar, förklarade Chopra, så att nuans av fallet först missades. "Men om du på DNA-nivå ... det är en helt annan historia," sade han.
I två tidigare studier isolerade Chopra och hans medförfattare bakterieprover från patienten och analyserade allt genetiskt material i mikroberna. Analysen avslöjade de fyra distinkta bakteriestammarna, kallad NF1 till 4, som tillsammans orsakade den nästan dödliga infektionen. Men anmärkningsvärt, när man arbetar isolerat, utlöste ingen av de fyra stammarna en dödlig infektion i musmodeller. För att lära sig hur mikroberna interagerar för att orsaka allvarlig infektion, finjusterade författarna bakteriestammens DNA och infekterade musmodeller med flera stammar på en gång. Genom att förändra bakteriens DNA, kunde forskarna byta ut vävnadsdödande arsenal av var och en och bestämma vilka vapen som gjorde den blandade infektionen så dödlig.
Det visar sig att varje bakteriestam har "olika arsenaler för att påverka värden", sa Chopra.
Tre av de fyra stammarna, NF2 till NF4, innehåller genetiska instruktioner för att producera ett toxin som kallas exotoxin A, eller ExoA, som förhindrar infekterade celler från att bygga nya proteiner. På egen hand bryter dessa tre stammar fortfarande ner muskelvävnad och får tillgång till blodomloppet, men immunsystemet rensar snabbt patogenen från kroppen.
Däremot verkar den sista av de fyra stammarna, NF1, mindre sårbar för immunattack men kan inte concocta sin egen ExoA. När man arbetar ensam förblir mikroben till stor del isolerad nära infektionsstället, blockerat av väggar i muskelvävnad. Det är här bakteriellt teamwork spelar in. När flera stammar av A. hydrophila infekterar kroppen, de ExoA-producerande stammarna rivar ner muskelhindren, vilket gör att NF1 kan gå på en "köttätande" utbrott.
Intressant nog stannar de tre andra stammarna nära infektionsstället, medan NF1 tar ledningen och växer genom blodomloppet. Författarna fann att NF1 faktiskt producerar ett unikt toxin som dödar inte bara vävnader i kroppen, utan också de andra stammarna av A. hydrophila; själva NF1-stammen håller motgift mot sitt eget hemlagade gift.
Bättre diagnostik?
De nya resultaten kan få konsekvenser i sökandet efter nya mikrobiella diagnostiska verktyg, sade Chopra. När läkare tänker på blandade infektioner, de ofta tänker på infektioner orsakade av två eller mer helt distinkta bakteriesorter, sade han. Men det aktuella fallet visar att olika stammar av samma art också kan samarbeta för att orsaka sjukdom, och varje stam kan vara sårbar för olika antibiotikabehandlingar.
"När vi behandlar med ett visst antibiotikum, rensar vi en organisme ur kroppen," sa medförfattare Rita Colwell, en mikrobiolog vid University of Maryland, i ett uttalande. "Men om det finns en annan organisme som deltar i infektionen och som också är patogen, så kan all antibiotikabehandling som inte också riktar sig mot den organismen bara bli marken för att den ska växa som galen."
Även om de sällan används för att diagnostisera infektioner idag, kan genetiska verktyg en dag visa sig vara användbara för att karakterisera komplexa bakterieinfektioner orsakade av mer än en bakteriestam, säger Chopra.
Men inte alla håller med om denna förutsägelse.
"Tror jag kommer att förändra den kliniska behandlingen av nekrotiserande fasciit? Inte nödvändigtvis," säger Dr Amesh Adalja, en läkare och expert på infektionssjukdomar vid Johns Hopkins University i Baltimore, som inte var involverad i studien, berättade för Live Science.
Eftersom nekrotiserande fasciit verkar så snabbt, när läkarna fastställer varje stam som orsakar infektionen, kan det vara "för sent att göra en skillnad", sade Adalja. Att identifiera olika stammar kan hjälpa till att leda behandlingen av mildare A. hydrophila infektioner, där en viss kombination av bakterier kan förvärra resultatet, sade han. Men som det ser ut kan dessa stammar bara upptäckas med "sofistikerade genetiska verktyg" som vanligtvis inte finns i kliniska miljöer.
Fortfarande belyser forskningen hur flera bakteriestammar kan sammanfogas för att sprida sig i kroppen, och förgöra förödelse, sade Adalja. Det skulle vara intressant att undersöka om vanligare bakterier använder samma strategier för att sprida infektion i kroppen, tillade han.
