Workshop Het microbioom van de luchtwegen

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