Mycoplasma pneumoniae (Mp) ist der kleinste pathogene Mikroorganismus, der in der Lage ist, unabhängig zu überleben und sich in einer Zwischenposition zwischen Bakterien und Viren befindet. Es wird hauptsächlich durch Atemtröpfchen oder Aerosole verbreitet und ist mit 20 % bis 40 %der CAP-Fälle der zweithäufigste Erreger der ambulant erworbenen Lungenentzündung (CAP)bei Kindern 1. Mp zeigt eine inhärente Resistenz gegen β-Lactam-Antibiotika wie Penicillin und Cephalosporine, da es keine Zellwand hat, auf die diese Antibiotika abzielen, indem sie die Zellwandsynthese behindern. Zu den wichtigsten therapeutischen Modalitäten für Mp-Infektionen gehören Wirkstoffe, die die Proteinsynthese behindern, einschließlich Makrolide und Tetracycline, sowie Arzneimittel, die die DNA-Replikation behindern, wie Tetracycline und Fluorchinolone 3,4,5. Daher ist die rechtzeitige Identifizierung von Mp im Labor unerlässlich, um den vernünftigen Einsatz von Antibiotika zu informieren. Zeitgenössische Labornachweismethoden für Mp umfassen Isolierung und Kultur, Antigennachweis, Antikörpernachweis und genetische Diagnosetechniken.
Als traditionelle Nachweismethode sind Isolierung und Kultur nach wie vor der definitive Standard für die Diagnose einer Mycoplasma pneumoniae-Infektion . Kashyap et al. beobachteten, dass die Kultivierung von Mp aus Rachenabstrichen oder Sputumproben eine zuverlässige diagnostische Technik ist6. Dieser Ansatz stößt auf erhebliche Hindernisse, wie z. B. die strengen kulturellen Voraussetzungen von Mp, verlängerte Kulturzeiträume und typischerweise niedrige positive Nachweisraten, die den routinemäßigen klinischen Einsatz einschränken. Der Nachweis des Mp-Antigens hängt von Mp-spezifischen Antikörpern ab. Miyashita et al. verwendeten monoklonale Antikörper aus verschiedenen Mp-Stämmen als Überzugsmittel in einem Doppelantikörper-Sandwich-ELISA und bewerteten deren Wirksamkeit mittels PCR7. Die Ergebnisse zeigten keinen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden Methoden. Der Bedarf an hochspezifischen monoklonalen Antikörpern mit hohen Titern schränkt jedoch die umfassende Implementierung dieser Methode ein.
Nach einer Mp-Infektion bildet das Immunsystem spezifische IgM- und IgG-Antikörper. IgM-Antikörper werden in der Regel innerhalb von 1 Woche nach der Infektion nachweisbar und erreichen ihren Höhepunkt nach 3 bis 4 Wochen, was sie zu wertvollen diagnostischen Indikatoren für eine frühe Infektion macht. Allerdings können im Anfangsstadium aufgrund verminderter Antikörperspiegel falsch-negative Ergebnisse auftreten8. Umgekehrt manifestieren sich IgG-Antikörper später und deuten typischerweise auf eine vorangegangene Infektionhin 9,10. Der serologische Nachweis von Mp wird in unspezifische und spezifische Antikörper-Assays eingeteilt. Unspezifische Antikörpertests sind zwar einfach zu verabreichen, aber ihre Spezifität ist begrenzt, da Infektionen mit anderen Krankheitserregern, einschließlich Rickettsien und Adenoviren, ebenfalls den Kälteagglutininspiegel erhöhen können, was zu falsch-positiven Ergebnissen führt. Zu den spezifischen Antikörper-Assays gehören der Komplement-Fixierungstest, der Partikelagglutinationstest, der indirekte Hämagglutinationstest, der indirekte Immunfluoreszenz-Assay und der Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA). ELISA wird in China aufgrund seiner etablierten Technologie und kommerziellen Zugänglichkeit häufig eingesetzt, da es eine hohe Empfindlichkeit und einfache Bedienung bietet und somit als praktische und zuverlässige Methode zur Diagnose von Mp-Infektionen in der klinischen Routine dient11.
Die quantitative Real-Time-Fluoreszenz-PCR zeichnet sich durch eine schnelle Verarbeitungszeit, eine erhöhte Spezifität, eine robuste Sensitivität und das Fehlen von Kreuzreaktivität aus. Diese Methode identifiziert Mp-DNA in Proben von Sputum, Rachenabstrich oder Bronchialspülflüssigkeit und erfordert 1-100 ng DNA pro Reaktion. Der Nachweis erfolgte mit einem real-time PCR-Instrument. Das DNA-Template erfährt bei höheren Temperaturen eine Denaturierung, gefolgt von Primer-Annealing und Fluoreszenzsondenhybridisierung. Die Genamplifikationstechnologie ermöglicht die Replikation von Nukleinsäurefragmenten in extrem niedrigen Konzentrationen auf Millionen von Kopien in einem kurzen Zeitrahmen und erreicht eine Nachweisempfindlichkeit von ≥10 KBE/ml12. Im Vergleich zur konventionellen PCR reduziert die quantitative Real-Time-Fluoreszenz-PCR das Kontaminationsrisiko und ermöglicht gleichzeitig einen hohen Durchsatz und eine automatisierte Analyse. Daher hat es sich in der klinischen Praxis als die bevorzugte Technik für den direkten Mp-Nachweis herauskristallisiert13. Aufgrund seiner erhöhten Empfindlichkeit sind strenge Maßnahmen erforderlich, um eine Kontamination zu verhindern, die zu falsch-positiven oder falsch-negativen Ergebnissen führen kann.
In der klinischen Behandlung stellen Makrolide die primäre therapeutische Intervention bei Mycoplasma pneumoniae-Pneumonie (MPP) dar. Der übermäßige Gebrauch und die unsachgemäße Anwendung von Antibiotika haben einen Selektionsdruck ausgeübt, der zur Entstehung von Makrolid-resistenten Mp geführt hat. Diese Beständigkeit trägt wesentlich zum feuerfesten MPP bei. Die Makrolidresistenz bei Mycoplasma pneumoniae ist in Ostasien, insbesondere in China und Japan, besonders erhöht, während Europa und die Vereinigten Staaten relativ niedrigere Resistenzraten aufweisen. Pädiatrische Patienten weisen im Vergleich zu Erwachsenen im Allgemeinen erhöhte Resistenzraten auf, was eine verstärkte Untersuchung erforderlich macht14. Seit dem Jahr 2000 ist die Inzidenz von Mycoplasma pneumoniae-Infektionen (MRMPI) weltweit deutlich gestiegen, insbesondere in Ostasien. In China machen MRMPI-Stämme 69 % bis 95 % der Fälle aus15 und tragen wesentlich zu schweren Erkrankungen, Behandlungsversagen, Komplikationen und Langzeitfolgen bei. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Mutationen im 23S rRNA-Gen die Makrolidbindung an Zielstellen hemmen und somit die Wirksamkeit des Medikaments verringern. Häufige Mutationsloci umfassen die Positionen 2063, 2064, 2067 und 2617. In China wurden Mutationen ausschließlich an den Positionen 2063 und 2064identifiziert 16,17. Eine Studie aus dem Jahr 2016 zeigte, dass die Makrolid-Resistenzraten in Peking, Harbin, Shanghai und Xinjiang zwischen 66,7 % und 86,7 % schwankten, während Nanjing eine niedrigere Rate von 20 % aufwies18. Makrolidresistente Stämme sind in verschiedenen Regionen aufgetreten, wobei die Resistenzraten wie folgt angegeben werden: 8,3 % bis 9,8 % in Frankreich, 3,0 % bis 3,6 % in Deutschland, 8,2 % in den Vereinigten Staaten, 0,9 % bis 2,9 % in Dänemark, 12,1 % in Kanada, 20 % in Italien, 22 % in Israel, 8 % in Spanien und 9,3 % im Vereinigten Königreich 19,20,21,22,23,24,25,26, 27. Urheberrecht Dieser Trend unterstreicht die weltweite Verbreitung von Makrolidresistenzen. Im Jahr 2008 berichteten Hindley et al. über 46 Fälle von makrolidresistenten Mycoplasma pneumoniae, wobei 40 Fälle die A2063G-Mutation, ein Fall die A2063C-Mutation und fünf Fälle die A2064G-Mutation aufwiesen28. Vergleichbare Resistenzmutationen wurden in Japan und den Vereinigten Staaten identifiziert, wobei die primären Mutationen an den Positionen 2063 und 206429 auftraten. Forschungsergebnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen Mutationsstellen und Arzneimittelresistenz-Phänotypen hin: Die A2063G-Mutation verleiht Resistenz gegen 14-gliedrige Makrolide (ML), die A2064G-Mutation verleiht Resistenz gegen 14- und 16-gliedriges ML, C2617G verleiht Resistenz gegen 14- und 15-gliedriges ML und die A2067G-Mutation verleiht Resistenz gegen 16-gliedrige ML30. Die Überwachung der Mp-Resistenz ist entscheidend für die frühzeitige Identifizierung arzneimittelresistenter Infektionen und für die klinische Behandlungsentscheidung. Studien haben gezeigt, dass In-vitro-Empfindlichkeitstests auf antimikrobielle Wirkstoffe die klinische Wirksamkeit von Arzneimitteln vorhersagen können31. Im Jahr 2011 veröffentlichte das American Clinical and Laboratory Standards Institute Richtlinien, in denen die Mikrodilutionsmethode zur Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MIC) zur Bewertung der Makrolidresistenz befürwortetwurde 32. Die Bestimmung der MHK kann jedoch mehrere Wochen in Anspruch nehmen, wodurch ihr klinischer Nutzen bei der Steuerung der Echtzeit-Antibiotikatherapie eingeschränkt wird.
Die Sanger-Sequenzierung ist eine direkte Technik zur Identifizierung von Mutationen im 23S rRNA-Gen von Mp. Bei dieser Methode werden fluoreszenzmarkierte Nukleotide und elektrophoretische Analysen verwendet, um DNA-Sequenzen zu ermitteln und so die Identifizierung genetischer Variationen von Mp zu erleichtern. Die Sanger-Sequenzierung ist zwar in der Lage, gleichzeitig mehrere Mutationen zu identifizieren und das Verhältnis von resistenten und anfälligen Stämmen zu quantifizieren, ist jedoch arbeits- und zeitintensiv, wodurch ihr klinischer Nutzen eingeschränktwird 33,34. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Pyrosequenzierung eine genauere Beurteilung von DNA-Sequenzvariationen, indem sie die Pyrophosphatfreisetzung während des Nukleotideinbaus identifiziert. Diese Methode kann MRMPI-Stämme identifizieren und das Verhältnis von resistenten und anfälligen Stämmen in klinischen Proben mit größerer Genauigkeit als die Sanger-Sequenzierung quantifizieren. Darüber hinaus ermöglicht die Pyrosequenzierung eine longitudinale Überwachung einzelner Patienten, was eine Echtzeitbewertung der sich entwickelnden Resistenz ermöglicht und über Behandlungsmodifikationen informiert33. Seine klinische Anwendung wird jedoch durch die Notwendigkeit von Spezialgeräten, kompetentem Personal und verlängerten Verarbeitungsdauern eingeschränkt.
Basierend auf der RFLP-Analyse (Restriktion Fragment Length Polymorphism) des P1-Gens wird Mp in zwei Typen eingeteilt: Typ I (weiter unterteilt in fünf Subtypen: 1a-1e) und Typ II (weiter unterteilt in drei Subtypen: 2a-2c). Mit diesem Test können 8 Gensubtypen von Mycoplasma pneumoniae35 nachgewiesen werden. Diese Methode erleichtert die qualitative Identifizierung von Mycoplasma pneumoniae und Makrolid-Resistenzmutationen (23S rRNA 2063 (A:G) und 2064 (A:G) Mutationsstellen) in pädiatrischen Sputumproben und bietet ein schnelles und unkompliziertes ergänzendes diagnostisches Instrument für Mykoplasmeninfektionen und die Überwachung von Antibiotikaresistenzen.