Staphylococcus epidermidis

• Domäne: Bacteria
• Stamm: Bacillota (früher: Firmicutes)
• Klasse: Bacilli
• Ordnung: Bacillales
• Familie: Staphylococcaceae
• Gattung: Staphylococcus
• Spezies: Staphylococcus epidermidis-Gruppe
  • Wichtige Subtypen:
    • Staphylococcus epidermidis
      • Methicillin-resistenter S. epidermidis, MRSE
    • Staphylococcus hominis
    • Staphylococcus capitis
• Klinische/diagnostische Einteilung: Koagulase-negative Staphylokokken

 Info

Abkürzung “Staph.”

“Staphylococcus” wird im weiteren mit “Staph”. abgekürzt.

Koagulase-negative Staphylokokken (KNS):

Wie bereits im Einführungsartikel zu den Staphylokokken beschrieben, können innerhalb der Gattung der Staphylokokken verschiedene Spezies, durch die Testung von Enzymaktivitäten und Wirkstoff-Sensitivität, differenziert werden.

Während alle Staphylokokken Katalase-positiv sind, erfolgt die weitere Differenzierung anhand der Koagulase-Reaktion. Staphylococcus aureus weist hierbei als einzige Spezies der Staphylokokken-Gattung eine positive Koagulase-Reaktion auf. Alle anderen Staphylokokken präsentieren sich Koagulase-negativ. Sie werden daher in einer eigenen Gruppe zusammengefasst:

Die Koagulase-negativen Staphylokokken, kurz KNS.

Die KNS können weiter in zwei Untergruppen eingeteilt werden, welche sich durch ihre Sensitivität auf Novobiocin unterscheiden lassen:

• Staphylococcus epidermidis-Gruppe: Novobiocin-sensibel
  • Darunter: Staph. epidermidis, Staph. hominis, Staph. capitis
• Staphylococcus saprophyticus-Gruppe: Novobiocin-resistent
  • Darunter: Staph. saprophyticus und weitere Erreger

 Merke

Take Home: Koagulase-negative Staphylokokken (KNS)

• Staphylokokken: Katalase positiv
• Streptokokken: Katalase negativ
• Staphylokokken-Differenzierung mittels Koagulase-Reaktion in:
  • Koagulase-positive Staphylokokken: Staph. aureus
  • Koagulase-negative Staphylokokken (KNS):
    • Staph. epidermidis-Gruppe, inkl. Staph. epidermidis, Staph. hominis, Staph. capitis
    • Staph. saprophyticus-Gruppe, inkl. Staph. saprophyticus und weiterer Erreger

	Streptokokken	Staphylokokken
		Koagulase-positive Staphylokokken → Staph. aureus	Koagulase-negative Staphylokokken (KNS) → Staph. epidermidis-Gruppe → Staph. saprophyticus-Gruppe
Katalase
Koagulase

Übersicht

• Morphologie: kokkoid (kugelförmig), Anordnung in Haufen
• Größe: ca. 1 µm breit
• Beweglichkeit: unbeweglich aufgrund fehlender Geiseln
• Gram-Färbung: grampositiv
• Verkapselung: nein, jedoch Bildung einer Schutz-Schleimschicht → Biofilm
• Sporenbildung: nein
• Sauerstoffbedarf: fakultativ anaerob
• Zellinvasion: primär extrazellulär, selten Eindringen in Epithel- und Endothelzellen

Zellaufbau

Der Zellaufbau von Staph. epidermidis entspricht grundlegend dem grampositiver Bakterien.

Als besonderes Merkmal zeigt sich bei Staphylococcus epidermidis die Fähigkeit zur Bildung einer Polysaccharid-Schleimschicht. Diese entspricht keiner klassischen Kapsel, ist funktionell jedoch kapselähnlich.

Polysaccharid-Schleimschicht:

• Keine klassische, dicke Kapsel (wie z. B. Klebsiella pneumoniae), jedoch extrazelluläre Polysaccharidmatrix (auch genannt: „slime layer“)
  • Wichtigster Bestandteil: Polysaccharid-Interzellular-Adhäsin (PIA)
  • Sezernierung erfolgt nach Adhärenz an Fremdkörper
  • Funktionell kapselähnlich:
    • Schutz vor Phagozytose
    • Behinderung der Antibiotika-Penetration
    • Beitrag zur Biofilmbildung (z. B. auf Kathetern, Shunts, Herzklappen)

Pathogenität und Virulenzfaktoren

Virulenzfaktoren:

Staphylococcus epidermidis gehört zur physiologischen Hautflora und ist eigentlich ein nicht pathogener Erreger. Unter bestimmten Bedingungen, z. B. einer Immunsuppression oder bei Anlage von Fremdmaterialien wie Kathetern oder Prothesen, kann er pathogen wirken.

Die hauptsächlichen Pathogenitätsfaktoren von Staph. epidermidis sind:

• Biofilmbildung → Hauptvirulenzfaktor
  • Vermittelt durch Polysaccharid-Interzellular-Adhäsin (PIA)
  • Biofilm schützt die Bakterien vor Antibiotika, Immunabwehr (Phagozytose) und Desinfektionsmitteln
  • Besonders relevant bei Fremdkörperinfektionen (z. B. ZVK, Herzklappen, Gelenkprothesen)
• Resistenzmechanismen:
  • Methicillin-Resistenz kommt in 75-90 % vor (z. B. MRSE = Methicillin-resistenter Staph. epidermidis)
  • Trägt zur Therapieresistenz und Hospitalpersistenz bei
  • Plasmidvermittelt

Die untenstehende Tabelle fasst die relevanten Virulenzfaktoren übersichtlich zusammen:

Pathogenitätsmerkmal	Virulenzfaktor	Funktionsmechanismus
Metabolische Anpassung	Lipasen Proteasen Nukleasen	Exoenzyme Dienen Überleben und Ernährung auf der Haut Helfen bei Zerstörung von Wirtsstrukturen, tragen zur Persistenz bei
Adhärenz	Oberflächenproteine (z.B. AtlE)	Ermöglichen Anhaftung an Wirtsgewebe und Biomaterialien Wichtig für die erste Phase der Biofilmbildung
Immunevasion	Polysaccharid-Interzellulär-Adhäsin	Ermöglicht die Biofilmbildung
	Geringe Toxinproduktion	Erreger verhält sich unauffällig Keine starke Entzündungsreaktion → erschwert die Detektion durch das Immunsystem

Toxine:

Wie bereits oben beschrieben, sind Erreger der „Staph. epidermidis”-Spezies nicht Toxin-vermittelt pathogen. Dennoch produzieren sie ein Toxin, das sogenannte „Deltatoxin“.

Dieses Toxin unterstützt durch eine Interaktion mit antimikrobiellen Peptiden des Wirts die Bekämpfung von Gruppe-A-Streptokokken auf Haut und Schleimhaut. Es verdeutlicht damit die symbiotische Funktion, die Staph. epidermidis als Kommensale für den Menschen hat.

 Info

Kommensale

Kommensalen sind Mikroorganismen, die auf oder im Körper eines Wirts leben, ohne diesem zu schaden – im Gegensatz zu pathogenen Keimen. Häufig profitieren sie vom Wirt (z. B. durch Nährstoffe oder Lebensraum), ohne selbst eine Krankheit zu verursachen.

Ein möglicher pathogener Effekt ist die Beteiligung an hämorrhagischer Enterokolitis bei Neugeborenen, wobei der Zusammenhang bislang nicht eindeutig belegt ist.

Epidemiologie

Staphylococcus epidermidis befindet sich bei den meisten Menschen als Erreger der physiologischen Keimflora nahezu ubiquitär auf der menschlichen Haut und Schleimhaut.

Eine Übertragung erfolgt hauptsächlich direkt oder indirekt durch Kontakt mit kontaminierten Personen oder Gegenständen.

Resistenzen:

• Staph. epidermidis ist häufig gegen eine Vielzahl von Antibiotika resistent, v.a. gegen einfache Penicillin-Antibiotika
  → Werden dann als „MRSE“ (Methicillin-resistenter Staphylococcus epidermidis) bezeichnet
• Methicillin-Resistenz kommt in 75-90 % vor (z. B. MRSE = Methicillin-resistenter Staph. epidermidis)
• Auch weitere Resistenzen, z.B. gegen Fluorchinolon-Antibiotika, sind zunehmend

 Info

Zusatzinfo: Resistenz-Weitergabe

Wissenschaftliche Studien konnten eine Verbindung zwischen den Resistenzen von Staph. epidermidis und Staph. aureus entdecken. So besteht die Hypothese, dass die Methicillin-Resistenz plasmidvermittelt von Staph. epidermidis (MRSE) auf Staph. aureus (MRSA) übertragen wurde.

Klinik

Risikofaktoren für eine Staph. epidermidis-Infektion:

• Immunsuppression, z.B. durch Chemotherapie oder hohes Alter
• Gestörte Hautbarriere, z.B. bei Wunden, nach OP
  → Eine gründliche Hautdesinfektion vor operativen Eingriffen ist daher unerlässlich
• Invasive medizinische Behandlungen mit der längerfristigen Anlage oder dem Einbau von Fremdmaterial, z.B. (Harn-)Kathetern, Prothesen, Herzklappenprothesen

Klassische Krankheitsbilder:

 Info

Lebensmittelvergiftungen

Bislang galt v.a. Staph. aureus durch seine Exotoxin-Produktion als Erreger von Lebensmittelvergiftungen.

Neuere Studien zeigen, dass auch KNS und darunter Staph. epidermidis Lebensmittelvergiftungen durch Enterotoxine hervorrufen könnten. Diese sind jedoch selten.

Diagnostik

• Probenentnahme je nach Krankheitsbild
  → z.B. Abstrich von Oberflächen von Fremdmaterial oder aus Wunden, Sputumproben, etc.

 Merke

Wann ist ein Abstrich / eine Probenentnahme einer Infektionsstelle nötig?

• Nicht jede Entzündung oder Infektion benötigt einen Erregernachweis
• Bei einem Verdacht auf eine unkomplizierte Entzündung kann die initiale Therapie mit einem Standard-Antibiotikum erfolgen

Ein Abstrich/Probenentnahme der Infektionsstelle ist auf jeden Fall erforderlich bei:

• Fremdmaterial-assoziierten Infektionen, egal ob äußerlich oder innerlich 
  → Hohe Wahrscheinlichkeit für Staph. epidermidis-Infektion und großes Resistenzprofil
• Systemischen / ausgedehnten Infektionen
• Bei Nicht-Ansprechen auf das verabreichte Antibiotikum

Mikrobiologische Diagnostik:

• Differenzierung zu Staph. aureus im Labor: Fehlender Clumping Factor und keine freie Koagulase (koagulasenegativ). Eine weitere Differenzierung kann auch mit molekularbiologischen Methoden erfolgen

 Achtung

Small Colony Variants

Staphylococcus epidermidis kann sogenannte Small Colony Variants (SCVs) ausbilden – dies sind metabolisch reduzierte Formen einer Bakterienspezies mit langsamem Wachstum und hoher Antibiotikaresistenz, die in einer Kultur kleinere Bakterienkolonien ausbilden
→ Für den mikrobiologischen Nachweis ist eine verlängerte Bebrütungszeit im Labor erforderlich, da SCVs sonst leicht übersehen werden können

Therapie

Therapie bei Fremdmaterial-assoziierten Infektionen:

Unkomplizierte Staph. epidermidis CRBSI (catheter related blood stream infections):

• 1. Wahl: Entfernung des Device
• Bei Belassen des Devices: prolongierte antibiotische Therapie für mindestens 14 Tage

PJI (prosthetic joint infections):

• Prothesenwechsel

Antibiotische Therapie:

• Die meisten Erreger der Spezies „Staph. epidermidis“ zeigen Resistenzen, v.a. gegenüber Methicillin (MRSE)
  → Standard-Penicilline sind daher in der Regel ungeeignet zur Therapie
• Antibiotikum der 1. Wahl: Vancomycin
• Alternativ: Linezolid, Daptomycin, Rifampicin (nicht als Monotherapie)

Wie bereits oben beschrieben, kann die Gruppe der Koagulase-negativen Staphylokokken weiter in die „Staph. epidermidis Gruppe“ und die „Staph. saprophyticus Gruppe“ unterteilt werden.

Staph. hominis und Staph. capitis stellen zwei, zwar seltenere, dennoch klinisch relevante Erreger der Staph. epidermidis Gruppe dar. 

Beide Erreger entsprechen in ihrem grundlegenden Aufbau und Verhalten dem von Staph. epidermidis. Sie werden daher im Folgenden nur übersichtsartig beschrieben.

Erreger	Eigenschaften	Vorkommen	Klinische Relevanz	Therapie
Staph. hominis	Grampositiv Fakultativ anaerob Unbeweglich Biofilmbildung	Haut- und Schleimhaut-Kommensale → Teil der physiologischen Hautflora Vorallem in Schweiß-reichen Arealen	Vorallem bei immunsupprimierten Patient:innen Verursacht: Fremdkörper-assoziierte Infektionen (ZVK, Katheter, Port) Systemische Infektionen möglich: Sepsis, Endokarditis, Peritonitis	Häufig multiple Resistenzen Erste Wahl: Vancomycin Antibiogramm sinnvoll
Staph. capitis		Haut- und Schleimhaut-Kommensale → Teil der physiologischen Hautflora Vorallem auf Kopfhaut, Gesicht, Nase, Gehörgang