22-10-2014
• Algemene microbiologie / infectieziekten Epidemiologie van Infectieziekten • Uitbraken Uitbraken, resistentie, aantonen nieuwe ziekteverwekkers
– – – –
11 oktober 2014, Congres Praktijk de Nieuwe Ham
Miquel Ekkelenkamp, arts-microbioloog
Fylogenetische stamboom
Principes van infectieziektenepidemiologie Aantonen van nieuwe ziekteverwekkers Uitbraken met resistente micro-organismen Ebola
Fylogenetische stamboom T. pallidum B. burgdorferi
Ascaris Loa loa
Staphylococcus aureus
Candida A. fumigatus
E. histolytica E. coli Pseudomonas
Leishmania B. fragilis
Trichomonas
Giardia
Micro-organismen zijn overal • • • •
Op / in planten, dieren en mensen In het water In de grond In de lucht
1
22-10-2014
Diversiteit •
+/- 1.250.000 erkende diersoorten (vooral insecten) – Schatting daadwerkelijke aantal: 10-30 miljoen
Bacteriën groeiend op rotsen
•
+/- 300.000 erkende plantsoorten
•
Schimmels: 100.000 beschreven
Bacteriën in zeewater
– Schatting daadwerkelijke aantal: >5 miljoen
•
Bacteriën:
•
Virussen: ???
Bacteriën in geisers
– 1 gram grond bevat +/- 1 miljoen verschillende species
Schimmels op brood
Slechts klein deel van de micro-organismen veroorzaakt humane ziekte
•
Prion
Bekende pathogenen: – – – – –
208 virussen en prionen 538 bacteriën 317 schimmels 57 protozoën 287 helminthen
•
Verkeerd gevouwen eiwit – Kan niet worden afgebroken – Vouwt andere eiwitten in dezelfde vorm
•
Enige ziekteverwekker zonder DNA of RNA
•
Resistent tegen ontsmettingsmiddelen en hitte
•
Voorbeelden: – BSE, scrapie – Creutzfeldt-Jakob ziekte
Woolhouse e.a., 2005
Virus •
Genetisch materiaal in een eiwitkapsel, dat zich slechts vermenigvuldigt in gastheercellen – Soms ook envelop
•
DNA / RNA
•
Voorbeelden:
– Dubbelstrengs / enkelstrengs – Influenza, HIV, HBV, EBV, rhinovirus
Bacterie • • •
Eencellig micro-organisme zonder kern Doorgaans met celwand Voorbeelden: – – – –
E. coli Staphylococcus aureus Mycobacterium tuberculosis Syfilis, Lyme
2
22-10-2014
Protozoa
Schimmel • • • • • •
Eukaryoot micro-organisme met celwand Groei met hyphen Ongeslachtelijke voortplanting met sporen Geslachtelijke voortplanting met vruchtlichamen (=bv paddenstoel) Voorbeelden:
– Vaak beweeglijk – Vaak cyste-vorm
•
Voorbeelden: – – – –
– Aspergillus – Trichophyton
Entamoeben Plasmodia (malaria) Giardia Microsporidiën
Microbiële flora
Helminthen • •
Eencellige micro-organismen met kern
Parasitaire wormen Voorbeelden: – Schistosoma – Filariën – Ascaris
•
Micro-organismen die iemand bij zich draagt – Darmflora, keelflora
•
Commensaal: normaal verwacht micro-organisme = residente flora
•
Kolonisanten: aanwezig op het lichaam zonder ziekte te veroorzaken – Transiënte flora
•
Commensalen menselijk lichaam
Pathogenen = ziekteverwekkers
Commensalen beschermen tegen infectie
Huidflora: stafylococcen, anaeroben Keel / neus / mondflora: streptococcen, neisseriae, anaeroben
• Gaan competitie aan met pathogenen • Verstoring van microbiële flora, o.a. door:
Darmflora: anaeroben, enterobacteriaceae, streptococcen, enterococcen
– Antibiotica – Antacida – Beademing
Typisch in ziekenhuis
• Verstoring microbiële flora mogelijkheden kolonisatie en infectie door opportunisten / nosocomiale pathogenen – Typische infecties bij gestoorde flora: Clostridium difficile, Candida, enterobacteriaceae
3
22-10-2014
Infecties Geïnfecteerde mens
… met schadelijke gevolgen voor het lichaam
Geïnfecteerde koe
Geïnfecteerd varken
Wat bepaalt of een micro-organisme ziekte veroorzaakt? • Virulentiefactoren micro-organisme
Geïnfecteerde bacterie
• Wijze van contact / expositie
Geïnfecteerde vlieg
– Inhalatie / huidcontact / slijvliescontact / bloedcontact – Hoe veel micro-organismen?
• Gastheer – Immuunstatus / immuunspecifiteit (HLA) • • • • • •
Geïnfecteerd virus Geïnfecteerde boom
Wat bepaalt de uitkomst bij infectie?
Eerdere infectie / vaccinatie Voedingsstatus Immuundeficiënties / co-morbiditeit / medicatie Immunologische overreacties Onderbreking barrières Kunstmaterialen
Samengevat
• Gastheer – Immuunstatus: deficiëntie / overreactie – Andere genetische factoren
•
Er zijn heel, heel micro-organismen op deze wereld.
•
Slechts een heel beperkt deel hiervan is in staat infecties te veroorzaken.
•
Infectie afhankelijk van gastheer, micro-organisme, expositie
•
Uitkomst afhankelijk van gastheer, micro-organisme en behandeling
• Micro-organisme – Virulentiefactoren – Co-infecties / co-infecterende micro-organismen – Gevoeligheid voor therapie
• Therapie – Medicatie: dosis, tijdig starten – Ander ingrijpen: bijvoorbeeld chirurgisch
4
22-10-2014
Uitbraken en epidemiologie • Algemene principes • Aantonen nieuwe verwekkers van infectieziekten • Uitbraken met resistente micro-organismen • Ebola
Besmettingsbronnen
Mens-op-mens: wijzen van overdracht
• Moeder op kind (verticale transmissie) – Door placenta, via moedermelk
• • • • • • •
• Andere mensen – Verkoudheid, griep, impetigo, giardia
• Dieren (zoönose) – Q-koorts, rabiës, brucellose
• Andere mensen via vector – Malaria, Trypanosoma gambiense
• Dieren via vector – Japans encephalitis virus, St. Louis encephalitis
Faeco-oraal Bloed-bloed contact Slijmvliescontact Druppelverspreiding Aerogene verspreiding Huidcontact Via zorgverleners
• Omgeving – Water: schistosomiasis, legionella – Stof / lucht / vuil: Aspergillus, Cryptococcus gatii, tetanus, anthrax – Voedsel: Campylobacter, E. coli reizigersdiarree
Verspreiding van micro-organismen
Verspreiding van micro-organismen
Kolonisatie
Kolonisatie
Transmissieroute
bron Mens Dier Voedsel Omgeving
Transmissieroute
Klaring
besmetting Druppelcontact Aerogeen Faeco-oraal Bloed Trauma
bron Mens Dier Voedsel Omgeving
Infectie Chronische infectie
besmetting Druppelcontact Aerogeen Faeco-oraal Bloed Trauma
Asymptomatische infectie
Klaring
Infectie Chronische infectie
5
22-10-2014
Nieuwe epidemieën Nieuwe humane infectieziekten
Als “nieuwe” ziekten overspringen op de mens •
Niet specifiek op ons aangepast – Kunnen daardoor gevaarlijk zijn (bij vatbare mensen) – Weinig besmettelijk van mens op mens
•
Voorbeelden: SARS, ebolavirus, vogelgriep – (Zeer) beperkt overdraagbaar van mens-op-mens
•
Continue overdracht (niet/nauwelijks mens-op-mens): – Q-koorts – Hondsdolheid
•
Om zich te handhaven moet de ziekte meestal verder muteren: naar meer overdraagbaar en minder gevaarlijk
• Micro-organismen veranderen (muteren) voortdurend • Soms zoveel verandering dat een nieuwe ziekte ontstaat – Binnen dezelfde gastheer – Bij een andere diersoort
• Nieuwe uitbraken in de mens soms via tussengastheer – Influenza: vogels varkens mens – SARS: vleermuizen civetkatten mens
R0
Blijft een (nieuwe) infectie bij een enkel geval of wordt het een “pandemie”?
• R0: het aantal secundaire gevallen dat één besmet persoon veroorzaakt
• Afhankelijk van de R0-waarde
• Functie van: – – – –
Aantal contacten per tijdseenheid Percentage vatbare contacten Kans op overdracht van pathogeen op contact Duur van besmettelijkheid
• R0 > 1: epidemie • R0 < 1: geen epidemie
R0 = 2
6
22-10-2014
R0 = 0,75
Doorbreken verspreidingcyclussen • Overdracht verminderen – Isolatiemaatregelen – Hygiënemaatregelen – Profylaxe
• Aantal personen at risk verminderen – Vaccinatie – Evacuatie
• Aantal besmette personen verminderen – Behandeling – Ruimen (vooral bij vee)
• Evt: Selectiedruk verminderen • Evt: Opsporen en verwijderen bron
Nieuwe ziekteverwekker aantonen • Vaak lastig • Gouden standaard: Postulaten van Koch – Ongewoon grote hoeveelheid micro-organisme in ziek dier/plant
Hoe tonen we nieuwe ziekteverwekkers aan?
– Isoleren van ziekteverwekker van patiënt met de ziekte – Micro-organisme opkweken – Ander individu besmetten
Of proefdier
– Zelfde symptomen – Micro-organisme is van besmette proefdier/plant te isoleren
Niet alle ziekteverwekkers voldoen hieraan: bijvoorbeeld prionen en pneumocysten
Methoden voor aantonen micro-organismen
Kweek bacterieel / viraal
• “Zien”: Microscopie (kleuringen), electronenmicroscopie • “Oude kweekmethoden” – Kweekmedia – Celkweken – Proefdieren (vooral cavia’s)
• “Indirecte methoden” – Antistoffen – Aspecifieke reacties (syfilis, M. Pfeiffer)
• “Nieuwe methoden” – Sequencing / whole genome sequencing – DNA-probes
7
22-10-2014
“Zien”: microscopie / electronenmicroscopie
SARS / MERS CoV • 2002: SARS-CoV – – – – – –
China en Hong Kong o.a. Canada Koorts, hoesten, spierpijn, koude rillingen Soms progressie naar longfalen 8096 gevallen, 774 sterfgevallen (9,4%) Civetkat waarschijnlijk tussengastheer Oorspronkelijke bron lijkt vleermuis
• 2012: MERS-CoV – – – – –
Verspreiding MERS CoV
Saudi Arabië, later ook in rest van de regio Beeld lijkt op SARS (Jonge) dromedarissen waarschijnlijke gastheer Slecht overdraagbaar mens-op-mens 834 gevallen gerapp., 288 sterfgevallen (35%)
Kweekmethode: aantonen SARS / MERS CoV
Kon worden gekweekt en overgebracht op makaken (Postulaten van Koch) Reusken, e.a., NTvG-infectieziekten, sept 2014
Alternatief: epidemiologisch • Aantonen significant verschil “zieke” groep en “controle” groep – Meer positieve testen – Meer expositie
• Gaat wel eens niet goed
Meer evidence: • Reactie op bekende behandeling • Aantonen van micro-organisme in “steriel” lichaamsdeel • Kan misleidend zijn: bijv. parvovirus DNA in hartspierweefsel
– Moeilijk om goede controlegroepen samen te stellen – Sommige micro-organismen spelen op bij ziekten die ze zelf niet veroorzaken (bv verwekker van Pfeiffer) – Alleen aanwijzingen, nooit bewijs – “Evidence” , geen “proof”
8
22-10-2014
Metagenomic Shotgun Sequencing
Nieuwe methoden: Metagenomic Shotgun Sequencing • Mogelijk om niet-kweekbare micro-organismen te ontdekken • Al het DNA typeren / lezen in een monster • Het menselijk DNA “wegstrepen”
Sequence gewoon ALLES!
– Eventueel DNA “wegstrepen” van bekende micro-organismen
• Wat overblijft is het nieuwe micro-organisme – Gamma-papillomavirus, plantenvirussen, SIV in roodstaartmeerkat
Nieuwe ziekteverwekkers die niet bleken te bestaan te bestaan • XMRV virus: verwekker chronische vermoeidheid Niet bestaand virus: DNA-contaminatie lab • Bradyrhizobium: verwekker Cord Colitis Syndrome Ook gevonden als lab-contaminatie, status onduidelijk • Nanobacteriën: verwekkers o.a. prostatitis, reagerend op antibiotica-behandeling Geen bacteriën maar eiwit-mineraal complexen
Samengevat: Hoe tonen we nieuwe ziekteverwekkers aan? • Klassiek: postulaten van Koch – Isolatie kweek infectie met zelfde symptomen – Lastig te bereiken – Gaat niet op voor alle ziekteverwekkers
• Alternatieven: epidemiologisch, microbiologisch, DNA-technieken • In het algemeen: niet eenvoudig • Gaat wel eens mis
Historische sterfte door infectieziekten
Uitbraken met resistente microorganismen
Spaanse griep, 95% v/d sterfte door bacteriële superinfectie
Antibiotica
Sterfte in de Verenigde Staten 1900 -1999
9
22-10-2014
Reductie in sterfte door infectieziekten • • • • • •
Wie gaan er nu nog dood aan infecties?
Kennis Hygiëne Betere voedingstoestand Minder crowding Vaccinaties Antibiotica (vroeger antisera)
• • • •
Patiënten (gezondheidszorg-gerelateerde infecties) Arme mensen Jonge kinderen Oude bejaarden
– Reductie sterfte door infecties – Maakt medische ingrepen mogelijk voorkomen / behandelen complicaties
Antimicrobiële middelen
Gezondheidszorg-gerelateerde infecties •
VS: jaarlijks 1,7 miljoen gevallen, 100.000 sterfgevallen
•
België: jaarlijks 125.000 infecties, 2600 sterfgevallen
•
Nederland: “onnodige” sterfte in ziekenhuizen 1700/jaar, 21% tgv infecties
•
Toenemende complexiteit behandelingen infecties
• Antibiotica – Geproduceerd door micro-organisme: penicillines, cefalosporines, vancomycine, aminoglycosiden, etc…
• Antimicrobiële chemotherapeutica (in de praktijk ook “antibiotica”) – Volledig chemische synthese: fluoroquinolonen, sulfonamiden, oxazolidinonen
• Antivirale middelen
– Transplantaties – Longterm medical devices
• Anti-schimmel middelen
– Prothesen
• Passieve immunisatie
– Immuunremmende therapieën
• Immuunactivatoren
Ontdekking van antibiotica
Antibiotica historisch •
1928: Fleming ondekt remming in laboratorium
•
1930: Genezing ooginfecties met penicilline extract
•
1935: Sulfa-preparaten commercieel beschikbaar
•
1941-42: Penicilline op “grotere schaal” geproduceerd (genoeg voor 10 patiënten)
•
1943: Eerste resistente bacterie ontdekt (S. aureus)
•
1944: Grootschalige productie penicilline mogelijk voor Amerikaanse leger
10
22-10-2014
Jaren 50-60: veel antibiotica ontdekt
Weinig nieuwe antibiotica ontwikkeld
Hoe werken antibiotica?
Hoe werken antibiotica? Selectief verschil tussen doden van bacteriën en doden van mensen
Selectief verschil tussen doden van bacteriën en doden van mensen Aangrijpingspunt: specifiek onderdeel bacterie
Aangrijpingspunt: specifiek onderdeel bacterie
Eiwit-productie
DNA
Hoe werken antibiotica?
-Tetracyclines -Rifampicine -Aminoglycosiden
-Beta-lactam antibiotica (penicilline) -Vancomycine -Daptomycine
Celwand Celmembraan
Niet elk antibioticum werkt tegen elke infectie • Farmacologische oorzaken • Resistentie – Intrinsieke resistentie: het middel werkt nooit – Verworven resistentie
Eiwit-productie
DNA
Celwand Celmembraan
-Chinolonen -Sulfonamiden
11
22-10-2014
Hoe werkt resistentie? Antibioticum
Hoe werkt resistentie? Antibioticum
1. Binnendringen antibiotica blokkeren
Hoe werkt resistentie?
Hoe werkt resistentie? Antibioticum
Antibioticum
2. Aanpassing aangrijpingspunt 1. Binnendringen antibiotica blokkeren
2. Aanpassing aangrijpingspunt 1. Binnendringen antibiotica blokkeren
Hoe werkt resistentie?
Waar komt resistentie vandaan?
3. Wegpompen antibiotica
Antibioticum
3. Wegpompen antibiotica
4. Vernietigen antibiotica
•
Selectie binnen een patiënt / mutatie
•
Overdracht resistentie tussen bacteriën – Ziekenhuisbacteriën: vaak genetische mechanismen voor verzamelen meerdere resistenties
• 2. Aanpassing aangrijpingspunt
Verspreiding resistente stammen tussen patiënten – Voordeel t.o.v. andere bacteriën in een ziekenhuis
1. Binnendringen antibiotica blokkeren
12
22-10-2014
Selectie van resistentie
Selectie van resistentie
R
R
Antibiotica
Bacteriën
Selectie van resistentie
Selectie van resistentie mutatie
R
R R R
R
R
R
R
R
R
R
R
Selectie van resistentie R
R
R R
46 lineaire chromosomen
R R 1 circulair chromosoom
13
22-10-2014
Plasmides (klein, circulair)
1 circulair chromosoom
Verzameling van resistentie-genen
Verzameling van resistentie-genen
Resistentie antibioticum 4
Resistentie antibioticum 3
Resistentie antibioticum 1 Resistentie antibioticum 2
Verzameling van resistentie-genen
Verzameling van resistentie-genen
Resistentie antibioticum 4
14
22-10-2014
Overdracht binnen één soort, maar ook tussen verschillende soorten Resistent
Gevoelig
• ESBL (plasmide) van E. coli E. coli • ESBL (plasmide) van E. coli Klebsiella Proteus
• Methicilline resistentie (gen) S. epidermidis S. aureus • Vancomycine resistentie (gen) enterococ S. aureus Resistent
Resistent
Nieuwe middelen worden ontwikkeld…
Toenemende resistentie door selectie
Resistentie beschreven in:
S
R
R
R R
Staphylococcus aureus, volledig gevoelig
Staphylococcus aureus, penicilline resistent
MRSA
MRSA, vancomycine resistent
Waar komt resistentie vandaan?
Penicilline (1941)
1943
Methicilline (1961)
1962
Vancomycine (1956)
1997
Daptomycine (2003)
2008
… maar resistentie volgt doorgaans snel.
Resistentie voor penicilline snel verspreid Resistentie tegen penicilline Staphylococcus aureus in ziekenhuizen
•
Selectie binnen een patiënt / mutatie
•
Overdracht resistentie tussen bacteriën
Introductie penicilline
• Verspreiding resistente stammen tussen patiënten: voordeel t.o.v. andere bacteriën – In ziekenhuis
Resistentie tegen penicilline Staphylococcus aureus in bevolking
– Buiten ziekenhuis?
15
22-10-2014
MRSA in Verenigd Koninkrijk
MRSA wereldwijd enkele clusters
Percentage Staphylococcus aureus dat MRSA is
Waar leidt resistentie toe? • Gebruik van – – – –
Minder geschikte middelen Middelen met meer bijwerkingen Duurdere middelen Middelen met lastigere toegangsweg
Vragen?
• Meer complicaties – Tot en met sterfte
• Hogere kosten Trachten tegen te houden met: -Preventiebeleid, isolatiebeleid -Verstandig gebruik van antibiotica
Ebolavirus • Filovirus – Filamenteuze vorm onder electronenmicroscoop
• Verwekker hemorrhagische koorts – = Koorts met bloedingen – Orgaanfalen, inwendige en uitwendige bloedingen (30%), hoesten, dyspneu, koorts, neuro-psychiatrische klachten, huiduitslag, diarree, braken
Ebolavirus
• Natuurlijke gastheer: vleermuizen / vleerhonden • Besmettingen van mensen, primaten, (varkens)
16
22-10-2014
Ebolavirus: 5 soorten • 1. Bundigugyo ebolavirus (BDBV): 30% sterfte • 2. Zaire ebolavirus (EBOV): 50% sterfte (tot mogelijk 80%) Kraagvleerhond
• 3. Reston ebolavirus (RESTV)
Fruit bats
– Geen ziekte in mensen, wel uitbraken in makaken Franquetvleerhond
Hamerkopvleerhond
• 4. Sudan ebolavirus (SUDV): 50% sterfte • 5. Taï Forest / Ivory Coast ebolavirus (TAFV) – Slechts één (niet-dodelijk) geval in mensen
• Gerelateerd aan Marburgvirus
Ziekteverschijnselen Sudan ebolavirus (groen)
• Koorts (bijna 100%) • Maag/darmklachten: diarree, braken, buikpijn • Hoesten, benauwdheid, keelpijn, spierpijn Ivoorkust ebolavirus (rood)
• Huiduitslag • Hemorragische verschijnselen (30%): – Externe bloeding – Interne bloeding
Zaire ebolavirus (geel)
Bundibugyo ebolavirus (zwart)
Overdracht marburgvirus & ebolavirus • Transmissie via lichaamsvloeistoffen: – Bloed, speeksel, braaksel, feces, urine
• Besmetting via slijmvliezen (mond, ogen) en wondjes • Incubatietijd 2-19 d (meestal 5-10d):
Wat is wel besmettelijk? • Contact van slijmvliezen / beschadigde huid met: – Bloed – Overige lichaamsvloeistoffen • Blaarvocht, braaksel, faeces, semen, sputum, speeksel, urine, zweet
– Besmette materialen • beddengoed, kleding, gecontamineerde oppervlakken
17
22-10-2014
Wat is niet besmettelijk? • Mensen zonder klachten
Therapie • Ondersteunende therapie
– geïnfecteerde mensen binnen incubatie periode
• Experimentele medicijnen?
• Uitgeademde lucht
– Werkt bij infectie/behandeling apen (erg beperkte testen tot dusver)
– Het virus blijft niet hangen in de lucht
• Druppel op intacte huid, waarna desinfectie
Uitbraak 2013-2014 • Begonnen in Guinee eind 2013 • Verspreid naar Nigeria, Senegal, Sierra Leone, Liberia • Augustus 2014: Ebolavirus in Congo ander virus dan van de grote uitbraak • 10 oktober: meer dan 4000 doden gerapporteerd
5 september
• Antilichamen van patiënten die ebola hebben overleefd?
Waar speelt ebola uitbraak zich af? Sierra Leone Guinee (Franse Guinee) Liberia Nigeria (Lagos en Port Harcourt) Senegal (Dakar): 1 casus Hoge sterfte: +/- 50%
8 oktober http://www.who.int/csr/disease/ebola/situation-reports/en/
https://extranet.who.int/ebola/#
18
22-10-2014
Gezondheidszorg medewerkers in Afrika besmet: • Situatie Afrika niet vergelijkbaar met situatie in Europa – Begin van de uitbraak: ziekte niet herkend! – Mythevorming – Hier veel betere beschermingsmogelijkheden
• Vooral medewerkers geïnfecteerd voordat preventieve maatregelen werden ingevoerd • Maar toch…
Dank u voor uw aandacht…
19
