Het microbioom van de CF luchtwegen Implicaties voor behandeling Hassan el Bouazzaoui, longarts HagaZiekenhuis Gerdien Tramper-Stranders, kinderarts i.o. WKZ
Luchtweginfecties bij CF • ‘Taai slijm’ hypothese
• Verstoorde zouthuishouding hypothese
• Cel receptor hypothese
Ratjen | Lancet 2003
Kweken ‘Typische CF-pathogenen’
Kweekonafhankelijke methoden Polymicrobiële ‘community’ Veel obligate anaëroben
Bacterial diverisity of CF sputum as detected by 16S-454 pyrosequencing, N=50 sputum samples. Wolfgang et al.
Kweekonafhankelijke methoden Moleculaire technieken 16S rRNA - geconserveerd in 1 species en verschillend tussen species ‘high throughput sequencing’
Kweken en moleculaire technieken Pseudomonas
Sibley ea.
Luchtwegmicrobioom Definitie: ‘the community of microbes within the human airways’ = meer dan alleen maar pathogenen = meer dan alleen gekweekte bacteriën
Nieuwe term, rekening houdend met de gehele gemeenschap van microben op een bepaalde plek in het lichaam (of andere niche).
Het microbioom bij CF-patiënten Afhankelijk van •Genotype (dF508) •Leeftijd - initieel diversificatie - daarna daling van de complexiteit/diversiteit tgv acquisitie van P. aeruginosa? en/of het gebruik van antibiotica? •Antibiotica
Klepac-Ceraj ea
Casus 1 Jongen, 5 jaar • Compound heterozygoot • Moe, minder eetlust. • Kweek: H. influenzae Rx/ Augmentin po. Na kuur niet opgeknapt; FEV1 -20% in 1 maand Wat doet u?
Casus 1, vervolg BAL + opname • Kweek: H. influenzae in alle longvelden, Augmentin gevoelig. Wat doet u?
Casus 1, vervolg Rx/ ceftazidim en tobramycine iv. 3 weken Hij knapt hiervan goed op. 1 maand later weer dyspnoe en sterke afname longfunctie Wat doet u?
Casus 1 vervolg Rx/ cefuroxim en tobramycine, op basis van eerdere kweken (H. influenzae). Hij knapt klinisch op, betere longfunctie (FEV1 55→93%) Nieuwe hoestwat bekend: P. aeruginosa (op 3 opeenvolgende dagen) Wat doet u nu?
Casus 1 vervolg Rx/ ceftazidim en tobramycine, totaal 3 weken. Daarna geen P. aeruginosa meer gekweekt. → heeft de P. aeruginosa de klachten veroorzaakt? Ook de eerste keer?
Exacerbaties Kweekresultaten verklaren niet alle klinische exacerbaties: • Geen nieuw pathogeen/geen nieuwe resistentie/geen verhoogde densiteit • Levert het wat op?
Exacerbaties
Sibley ea
Exacerbaties Recente moleculaire studies: – hoge diversiteit aan species in longen, tevens oropharynx- en/of darmflora Pandorea en Ralstonia spp. Streptococcus en Staphylococcus spp anaëroben (o.a. Actinomyces spp, Prevotella spp)
Synergie oropharynx bacteriën – P. aeruginosa In vitro en in-vivo co-infectiemodel P. aeruginosa & viridans streptococcen: – up- en downregulatie van specifieke promotors van virulentiegenen geïnduceerd door oropharynx flora – verhoogde expressie virulentiefactoren → inflammatie → exacerbatie – verhoogde longschade bij co-infectie t.o.v. unieke infectie
-c
Microbioom - interacties Model van polymicrobiële infecties met een hoofdrol voor P. aeruginosa Interactie & synergisme VIRUS
BACTERIE
Casus 2 Dhr. P, 27 jaar • CF F508/E60X, pancreasinsufficiënt, BMI 21/20. • Chronische P. aeruginosa infectie met normale gevoeligheid • Gemiddeld een exacerbatie per jaar. Gemiddelde FEV1 1.88 (47%). VC 3.88 (74%) • Geen ABPA, geen DM (ten tijde van prednison wel hyperglykemie).
Vervolg casus 2 Aanvullend onderzoek: • Lab: leuco 15, CRP 200. • Longfunctie: FEV1 1.44 (33%), VC 3.65 (65%). • X-thorax: bekende afwijkingen, nieuwe consolidatie linkeronderkwab. • Kweek: P. aeruginosa goed gevoelig voor Tazocin/Tobra Wat doet u?
X-thorax
Vervolg casus 2 Opname i.v.m. hoge koorts algehele malaise en verergering van pulmonale symptomen. Rx/ Tazocin continu iv, Tobramycine 1 dd iv. Paracetamol 3dd1 gram. Inhalatiemedicatie: continueren (?)
Vervolg casus 2 Beloop: • Algehele malaise, persisterend koorts ( 2 weken ) • Pulmonaal geen verbetering in LF. Wat doet u?
Vervolg casus 2 Kweken: P. aeruginosa goed gevoelig, S. maltophilia goed gevoelig. ZN – Rx/ switch van Tazocin naar Meronem iv. Beloop: • Geen verbetering na een week. Prednison gestart. • Na 1 week geen verbetering. DD drug-fever. Antibiotica 48 uur gestopt. Klinisch verdere achteruitgang. Wat nu?
Vervolg casus 2
Vervolg casus 2 Hervatten van AB. Rx/ Meronem, Colistine, Avelox, Azithromycine 1dd500mg. Beloop: • Klinisch verdere achteruitgang. • CRP blijft hoog en stijgt, leucocytose • Gaswisseling: hypoxemie, nog geen hypercapnie • Vanaf week 6 nu nog snellere achteruitgang Wat zou u doen?
Vervolg casus 2 Op dit moment longfalen met pCO2 13, pH 7.16. BiPaP gestart Echter dusdanige uitputtingslag dat besloten wordt tot palliatieve sedatie. Conclusie: • vermoedelijk overwhelming Pseudomonas infection! • andere reden? Waarom nu?
Pulmonale exacerbaties CF Definitie: niet vastgesteld!
‘Duidelijk aangegeven verslechtering in de algehele conditie van de patient gepaard gaande met systemische verschijnselen zoals gewichtsverlies, gebrek aan eetlust en verergering van pulmonale symptomen als hoesten, sputumproductie en kortademigheid.’
Exacerbaties en impact • • • • • •
Meest voorkomende reden voor opname. Verslechtering van longfunctie. Afgenomen kwaliteit van leven. Negatieve beinvloeding van de overleving. De hoogste kostenpost binnen de behandeling van CF. +/- 50% van alle patiënten.
Oorzaken pulmonale exacerbaties • • • •
Bacterieel? P. aeruginosa biofilm/genotype verandert niet. Viraal? Verandering van microbieel flora? Synergie? Anderzins?
Behandeling exacerbaties Door gebrek aan eenduidige definitie
ook geen duidelijke richtlijn.
Aanbevelingen behandeling • Medicatie:
IV-antibiotica, combinatietherapie, meestal gericht tegen P. aeruginosa op geleide van laatste kweek. Combinatie- of monotherapie? Synergie en effectiviteit/resistentie/in vitro=in vivo/bijwerkingen/kosten
• Plaats:
ziekenhuis! Nog te weinig bewijs voor thuisbehandeling wat betreft veiligheid/voordelen.
• Onderhoudsbehandeling: continueren(?), ook airway clearance.
Aanbevelingen behandeling Samenvatting • Slechts aanbevelingen! • Te weinig bewijs voor eenduidige aanpak. • Beginnen met duidelijke uniforme definitie. • Meer studies nodig!
Casus 3 Mevr, 21 jaar • CF homozygoot dF508, pancreasinsufficient, ABPA. • Co-trimoxazol allergie • Kweken: aanvankelijk H. influenzae, in 2005, 2008 en 2009 P. aeruginosa, daarna S. maltophilia. Sinds 2009 recidiverende exacerbaties. Matig stabiel ondanks herhaaldelijke AB/inhalatietherapie. • Geleidelijke daling FEV1 (1.23) • Geen exacerbatie van ABPA
Vervolg casus 3 Kweek: Pandoraea pulmonicola Ceftazidim R Imipenem R Tazocin R Colistine R Tobramycine R Co-trimoxazol S
Wat nu? Is dit een verklaring voor instabiliteit?
Pandorea jasminoides
Vervolg casus 3 Rx/ Co-trimoxazol onderhoudstherapie (klinisch 2 dagen met zantac, telfast en dexamethason) Goed verdragen. Hierna periode van stabiliteit met verbetering van longfunctie ( FEV1 1.50)
Pandoraea pulmonicola • • • •
Behoort tot Pandoraea species, gelijkenis met Burkholderia spp.. Gram- aërobe staaf. Voornamelijk beschreven als isolaat bij CF (prevalentie niet bekend) Vermoedelijk een pathogeen
Anaërobe bacteriën bij CF • In CF long ongelijke verdeling van O2-spanning • P. aeruginosa: alginaatproductie, biofilm, anaëroob metabolisme • Anoxische gebieden
obligaat anaërobe bacteriën
Anaërobe bacteriën bij CF Anaëroob zonder lucht plaatsvindend of kunnen leven ( lucht=zuurstof) In CF-luchtwegen polymicrobiële situatie: • Obligaat anaëroben (Clostridium spp, Prevotella spp) • Facultatief anaëroben (Enterobacteriaceae, Streptococcus spp) • Strikt aëroben (Pseudomonas spp) Anaërobe bacteriën lastig te kweken
Anaërobe bacteriën bij CF Aanwezig zowel tijdens exacerbaties als in stabiele fase • Prevotella • Veillonella • Actinomyces Antibiotische behandeling geen effect op • Type anaërobe bacteriën • Load anaërobe bacteriën
Tunney, 2008/2011
Anaërobe bacteriën bij CF Wat is de bijdrage aan CF-infectie en exacerbaties? • Pathogenen? • Commensalen? • Synergens? Klinische implicaties • Diagnostiek (kweken/moleculair) • Therapie
Casus 4 Mevr. D, 21 jaar • CF met pancreasinsufficiëntie en CFRD. • Chronisch P. aeruginosa infectie, goed gevoelig voor Tobi/Azli/Colistine. • Recidiverende exacerbaties. Klachten: algehele malaise, persisterend hoesten met heel veel sputum. Herhaalde IV-behandelingen matig effect. Wat doet u?
Vervolg casus 4 • • • •
Kweken: bij herhaling P. aeruginosa en Aspergillus, ZNDM-regulatie: heel adequaat. ABPA-. Therapie-trouw
Vervolg casus 4 Werkdiagnose: Aspergillus-bronchitis. Rx/ Posaconozal na gevoeligheidsbepaling te Nijmegen. Beloop? Beleid anderszins?
Aspergillus-’infectie’ bij CF Frequent gekweekt in sputa Kolonisatie? Frequent aangetroffen bij vergevorderde ziekte, echter niet evidente veroorzaker van longfunctieverlies. Of pathogeen? • Aspergillus-bronchitis, baat bij antifungale therapie. • Invasieve aspergillosis beschreven bij CF. • Aspergillus + pt hogere exacerbatie frequentie.
Casus 5 1-jarige jongen • dF508 homozygoot • eerste levensjaar relatief weinig luchtwegklachten. • Kweken S. aureus • Cotrimoxazol onderhoudsbehandeling voor de winter. December: heeft snotneus, hoest iets, maar is verder fit. Moeder maakt zich zorgen, ‘slaat het niet op de longen’? Wat doet u? - Diagnostiek - Therapie
Vervolg casus 5 Kweek: S. aureus. Hij hoest nu meer. De eetlust is matig, hij is minder fit. Wat doet u nu? - Diagnostiek, hoe frequent? - Therapie? Gericht op welke verwekker?
Virussen, Pseudomonas aeruginosa en CF Ongeveer 85 % van eerste Pseudomonas aeruginosa infecties voorafgegaan door een virale LWI. Vooral in RSV-seizoen verhoogde kans op eerste Pseudomonas aeruginosa infectie Ook bij gezonde kinderen wordt P. aeruginosa gevonden Cochrane Palivizumab: 1 studie: geen verschil in acquisitie P. aeruginosa
Van Ewijk, Wat, Johansen, Collinson
Synergie virus – P. aeruginosa Virusinfecties in Pseudomonas aeruginosa gekoloniseerde patiënten: – tijdelijke stijging anti-pseudomonas antistoffen – verhoogde hoeveelheid exoproteïnen in sputum opleving virulentie P. aeruginosa → toename inflammatie → klinische achteruitgang
Afsluitende conclusies CF-long polymicrobiële omgeving waarvan we nog weinig kennis hebben. Interacties tussen pathogenen, maar ook tussen de gastheer en binnen het gehele microbioom waarschijnlijk een belangrijke rol bij klinische longziekte. Huidige manier van kweken geeft slecht zeer beperkt informatie over wat zich in de longen afspeelt. Behandeling niet evidence based, vnl. experience based en op kweekuitslagen.
Heden en toekomst wetenschappelijk onderzoek Heden De ontwikkeling van het luchtwegmicrobioom bij (jonge) kinderen met CF en relatie met exacerbaties en effecten van antibioticagebruik op microbioom en resistoom → Pyrosequencing, virale PCR, kweken
Nabije toekomst Diagnostiek: chip voor snel opsporen pathogene flora Modulatie microbiom: anti/probiotica CFTR functie correcties
Design dr. SNUIT research project Design Material
Cystic Fibrosis group
Control group
Case – Control study
Case-Control study
Nasopharynx (M1-3: weekly) Feces Saliva Questionnaire (BAL, oropharynx, serum)
Nasopharynx Feces Saliva Questionnaire
Inclusion period
1.5 years
1.5 years
Duration of study p.p.
18 months
18 months
Site
Utrecht/Rotterdam
Utrecht
Sample size
20
60
Sampling Moments nasoph/feces
monthly, 2 and 3 monthly weekly: first 3 months extra: respiratory infect.
monthly, 2 and 3 monthly extra: respiratory infect.
Dr. SNUIT - AREST-CF Beiden
Dr SNUIT Control Group
Maand
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Nasopharynx (+ bij klachten1) Feces
x x x x x x
x
x
x
x
x
(+ bij klachten1)
x x x x x x
x
x
x
x
x
x
x x x
Saliva Maandelijkse Vragenlijst
x
x
x
x x x x x x x x x x x x x x
1
hoesten, keelpijn, oorpijn, benauwd zijn, neusloop
UMC Utrecht
Erasmus MC
Sabine Prevaes
Harm Tiddens
Gerdien Tramper
Mireille v Westreenen
Debby Bogaert
Hettie Janssens
Lieke Sanders
Evelien Nieuwhof
Kors van der Ent
Els van der Wiel
Karin de Winter Annelotte Visser Krzysztof Trzcinski Mei-Ling Chu Anne Wyllie
