Faktory ovlivňující výskyt druhových komplexů Klebsiella pneumoniae a Klebsiella oxytoca ve vyvíjející se střevní mikrobiotě

Souhrn

Bakterie rodu Klebsiella, zejména druhy sdružené v druhových komplexech Klebsiella pneumoniae a Klebsiella oxytoca, představují běžné komenzály střevní mikrobioty novorozenců a kojenců. Za určitých podmínek však mohou vykazovat patogenní charakter a vyvolávat závažné nozokomiální infekce, zejména u předčasně narozených a imunitně oslabených dětí. Kolonizace Klebsiella spp. je ovlivňována řadou perinatálních a postnatálních faktorů. Hrozbu těchto oportunně patogenních kmenů umocňuje jejich schopnost získávat multirezistenci vůči antibiotikům, což komplikuje léčbu infekcí a zvyšuje riziko nepříznivých klinických výsledků. Tento přehled se zaměřuje na analýzu podmínek a faktorů, které ovlivňují výskyt bakterií rodu Klebsiella ve vyvíjející se novorozenecké a kojenecké střevní mikrobiotě a jejich roli v rozvoji nozokomiálních infekcí. Zvláštní pozornost je věnována druhům sdruženým v komplexech K. pneumoniae a K. oxytoca, které zahrnují nejvýznamnější klinické oportunně patogenní kmeny tohoto rodu v dané věkové skupině. Dále je v přehledu diskutován potenciál využití experimentálních zvířecích modelů při studiu jejich patogeneze.

Klíčová slova:

střevní mikrobiota – zvířecí modely – novorozenci – antibiotická rezistence – nozokomiální infekce – Klebsiella spp.

ÚVOD

Bakterie rodu Klebsiella patří mezi zajímavé mikroorganismy, které běžně kolonizují trávicí trakt lidí i zvířat. Za určitých podmínek, například při oslabení imunitního systému, nezralosti střevní mikrobioty nebo narušení mikrobiální rovnováhy, však mohou vyvolat závažné infekce, zejména v nemocničním prostředí. Význam těchto oportunních patogenů umocňuje jejich schopnost rychle získávat a přenášet rezistenci vůči širokému spektru antibiotik, což z nich činí závažnou výzvu pro současnou klinickou mikrobiologii.

Cílem tohoto sdělení je shrnout současné poznatky o klinicky významných druzích Klebsiella spp. a o faktorech ovlivňujících jejich kolonizaci gastrointestinálního traktu novorozenců a jejich roli v patogenezi nozokomiálních infekcí, se zvláštním důrazem na využití experimentálních modelů, které mohou umožnit formulaci efektivnějších strategií pro kontrolu a zvládání těchto infekcí.

Rod Klebsiella patří do čeledi Enterobacteriaceae a představuje gramnegativní, nepohyblivé, fakultativně anaerobní bakterie. Většina druhů vytváří ochranné pouzdro, které zvyšuje jejich virulenci a schopnost unikat imunitnímu systému hostitele [1, 2]. V kontextu nejvýznamnějších klinických zástupců lze uvést zejména druhy K. pneumoniae a K. oxytoca, které se často podílejí na vzniku nozokomiálních infekcí, včetně infekcí krevního řečiště, močových cest či antibiotiky asociovaných kolitid [1, 2, 3]. S taxonomií rodu Klebsiella je úzce spojen pojem „species complex“, který označuje skupinu fylogeneticky blízkých druhů historicky klasifikovaných jako jeden původní taxon na základě fenotypové podobnosti. Jedná se o druhové komplexy K. pneumoniae (KpSC, Klebsiella pneumoniae species complex) a K. oxytoca (KoSC, Klebsiella oxytoca species complex). Teprve rozvoj celogenomového sekvenování (WGS) a fylogenetických metod umožnil jejich přesnější taxonomické vymezení a identifikaci jednotlivých dílčích druhů v rámci zmíněných komplexů [3, 4]. Rod Klebsiella v současnosti zahrnuje 17 validně popsaných druhů a 7 poddruhů (LPSN, 2025), které se liší jak svým ekologickým výskytem, tak klinickým významem. Přehled a zařazení jednotlivých druhů a poddruhů Klebsiella spp. je znázorněn na obrázku 1.

 

Přesné taxonomické určení Klebsiella spp. má klinický i epidemiologický význam, což je dobře ilustrováno u KoSC. Jednotlivé druhy sdružené v tomto komplexu se mohou lišit v produkci toxinů, profilech antibiotické rezistence, schopnosti vyvolat specifické klinické syndromy i v míře šíření v nemocničním prostředí [3]. Například produkce tilimycinu/tilivallinu je popisována zejména u některých kmenů K. oxytoca sensu stricto, zatímco jiní zástupci v rámci tohoto druhového komplexu tuto vlastnost postrádají nebo vykazují odlišný toxigenní potenciál [3]. Pro účely sledování výskytu a interpretace epidemiologických dat je proto důležité jednotlivé taxony správně rozlišovat. Nicméně vzhledem k vysoké genetické příbuznosti a fenotypové podobnosti je v rámci těchto druhových komplexů jejich spolehlivá identifikace v rutinní klinické diagnostice i nadále náročná [3]. Starší studie navíc často neumožňují retrospektivní rozlišení jednotlivých druhů, neboť používaly pouze označení K. pneumoniae či K. oxytoca bez možnosti přesného taxonomického odlišení, přestože obě tyto skupiny dnes zahrnují řadu fylogeneticky odlišených druhů v rámci uvedených druhových komplexů [3, 4].

Kromě klinicky nejvýznamnějších druhů sdružených v KpSC a KoSC zahrnuje rod Klebsiella i řadu dalších druhů s převážně environmentálním výskytem. Patří sem například K. indica, K. africana a další nově popsané druhy [5, 6]. U některých druhů byla popsána přítomnost v environmentálních rezervoárech, jako jsou půda, voda a živočišní hostitelé, což může přispívat k jejich šíření mezi komunitním a nemocničním prostředím [1,  7]. Z klinického hlediska však tyto druhy, přestože u některých z nich byl popsán patogenní potenciál, zatím představují spíše okrajové původce infekcí a jejich klinický význam zůstává omezený [3].

 

DRUHOVÉ KOMPLEXY

 

Klebsiella pneumoniae (KpSC)

KpSC zahrnuje skupinu fylogeneticky blízce příbuzných druhů, které byly historicky souhrnně označovány jako K. pneumoniae. Pokrok v molekulární diagnostice umožnil jejich přesnější taxonomické vymezení, což má významné dopady pro klinickou mikrobiologii i epidemiologii. Komplex v současnosti zahrnuje následující validně popsané druhy: K. pneumoniae sensu stricto, K.  variicola (se dvěma poddruhy: K. variicola subsp. variicola a subsp. tropica), K. quasipneumoniae (se dvěma poddruhy: K. quasipneumoniae subsp. quasipneumoniae a subsp. similipneumoniae), K. quasivariicola a K.  africana [2, 8]. Z hlediska klinického významu v rámci KpSC dominuje K. pneumoniae sensu stricto, která je nejčastěji izolovaným klinickým zástupcem rodu Klebsiella [9]. Ostatní druhy tohoto druhového komplexu se v klinických izolátech, včetně neonatálních, vyskytují podstatně méně často a jejich význam v neonatální populaci je ve srovnání s K. pneumoniae sensu stricto méně objasněn [9, 10, 11].

K. pneumoniae je oportunní patogen, který běžně kolonizuje sliznice a gastrointestinální trakt zdravých jedinců, aniž by vyvolával klinické obtíže. Pro svou vysokou prevalenci a schopnost unikat antibiotické terapii však byla zařazena mezi tzv. ESKAPE patogeny (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, K. pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa a Enterobacter spp.), které patří mezi nejproblematičtější původce nozokomiálních infekcí vyznačující se vysokou úrovní antibiotické rezistence [12, 13, 14].

V posledním desetiletí se stále častěji objevují hypervirulentní a multirezistentní kmeny K. pneumoniae, které jsou schopné infikovat i zdravé jedince a vyvolávat závažné diseminované infekce. Tyto kmeny často produkují rozšířené spektrum beta-laktamáz (ESBL) nebo karbapenemázy (např. KPC), což významně komplikuje jejich léčbu a zvyšuje riziko úmrtí, zejména v nemocničním prostředí [15, 16]. Rezistentní kmeny často nesou geny umístěné na plazmidech, které kódují rezistenci vůči celé řadě antibiotik, včetně fluorochinolonů, trimethoprimu, sulfamethoxazolu a aminoglykosidů [17]. K. pneumoniae patří mezi bakterie s výrazně narůstající antibiotickou rezistencí, která je považována za významný problém z hlediska léčby bakteriálních infekcí [14].

Infekce způsobené K. pneumoniae jsou typicky připisovány dvěma hlavním patotypům, klasickému (cKp) a hypervirulentnímu (hvKp). Kmeny cKp jsou běžně spojovány s nozokomiálními infekcemi a často vykazují multirezistenci vůči antibiotikům. Naproti tomu hvKp kmeny, popsané poprvé v 80. letech 20. století v Asii, se vyznačují schopností vyvolávat invazivní infekce i u imunokompetentních jedinců [18]. Kmeny hvKp disponují specifickými virulenčními faktory, mezi něž patří nadprodukce kapsulárního polysacharidu, zejména u sérotypů K1 a K2, produkce vysoce účinných sideroforů (např. aerobaktinu a yersiniabaktinu) a přítomnost regulačních genů rmpA a rmpA2, které vedou ke zvýšené expresi virulence [18, 19]. Tyto faktory umožňují bakteriím efektivněji unikat imunitnímu systému, získávat železo a pronikat do hlubších tkání [18].

Zvláště alarmující je vzrůstající výskyt kmenů, které kombinují hypervirulenci s multirezistencí vůči antibiotikům označovaných jako hv-mrKp (hypervirulentní -⁠ -multirezistentní fenotyp). Tyto kmeny představují mimořádnou výzvu pro klinickou praxi, protože kombinují schopnost způsobovat těžké infekce s velmi omezenými možnostmi léčby [2, 20].

 

Klebsiella oxytoca (KoSC)

Podobně jako u KpSC ukázal pokrok v molekulární typizaci, že bakterie dříve označované jako K. oxytoca ve skutečnosti představují skupinu geneticky příbuzných druhů spadající do KoSC, které se také významně liší v rezistenci a virulenci, což má důležité klinické a epidemiologické dopady [3].

KoSC v současnosti zahrnuje šest validně popsaných druhů: K. oxytoca sensu stricto, K. michiganensis, K. grimontii, K. huaxiensis, K. pasteurii a K. spallanzanii, které byly detekovány jak v environmentálních, tak klinických vzorcích. Některé studie dále popisují tzv. Taxon 1–3, jejichž taxonomické postavení zatím není formálně ukotveno [3].

Vzhledem k blízké příbuznosti a fenotypové podobnosti jednotlivých druhů v rámci KoSC je pro jejich přesné taxonomické zařazení nutné také využít WGS, případně cílenou analýzu specifického genu bla  OXY. Tento gen je společný všem zástupcům KoSC a vyskytuje se ve 12 variantách (bla OXY-1 až bla OXY-12), které umožňují přiřadit izolát ke konkrétnímu druhu. Označení K. oxytoca sensu lato se v literatuře běžně používá pro celý druhový komplex, zatímco termín K. oxytoca sensu stricto označuje genomově definovaný původní druh. Správné rozlišení těchto druhů má významný epidemiologický i klinický význam, neboť jednotlivé druhy se liší v toxigenním potenciálu, profilech antibiotické rezistence a schopnosti kolonizace různých hostitelů [3].

Bakterie z KoSC jsou běžnou součástí lidské mikrobioty a byly detekovány na kůži, v ústech, ve střevě a v dýchacích cestách [3]. Ve střevě zdravých jedinců byla detekována přibližně u  2–10 % populace [21], ovšem u hospitalizovaných a imunokompromitovaných osob může být prevalence výrazně vyšší, například až u  25,5 % novorozenců hospitalizovaných na jednotkách intenzivní péče (JIP) [3]. U zdravých jedinců se bakterie obvykle chová jako komenzál, při narušení mikrobiální rovnováhy však může nabývat klinického významu [12].

Zástupci KoSC, zejména K. oxytoca sensu stricto, mohou způsobovat infekce močových a dýchacích cest, sepse a v  některých případech i infekční endokarditidy [22]. Významným klinickým projevem je také akutní hemoragická kolitida, spojená s cytotoxin-produkujícími kmeny KoSC. Toto onemocnění se typicky rozvíjí po léčbě beta-laktamovými antibiotiky a je způsobeno enterotoxiny tilivallinem a tilimycinem, produkovanými vybranými zástupci tohoto druhového komplexu, zejména K. oxytoca sensu stricto, K. michiganensis, K. grimontii a K. pasteurii [23, 24, 25]. Tilimycin poškozuje DNA hostitelských buněk, tilivallin narušuje mikrotubuly a buněčné dělení [24].

U infekcí močových cest, na kterých se podílí kmeny KoSC, bývají postiženy zejména těhotné ženy, dále imunokompromitovaní pacienti a kojenci. Jsou zmiňovány také jako původce ventilátorové pneumonie u pacientů na JIP [3]. Vzácněji se můžou podílet na vzniku bakteriemií, přičemž dostupné studie uvádějí prevalenci řádově v jednotkách procent (přibližně 0,5–4,2 %) v závislosti na sledované populaci a geografické oblasti [3].

 

Výskyt Klebsiella spp. ve vyvíjející se střevní mikrobiotě

Prenatální mikrobiom je předmětem mnoha diskusí a stále více důkazů naznačuje jeho přítomnost. Hlavní proces osidlování střevní mikrobioty začíná v perinatálním období a dále se rozvíjí v raném postnatálním životě [26]. V tomto období mikrobiota zásadně ovlivňuje formování mikrobiálního složení, stimulaci imunitního systému a regulaci střevní fyziologie [27]. V časném postnatálním období je mikrobiota novorozence vysoce dynamická a výrazně reaguje na změny výživy [28].

V první fázi kolonizace střeva novorozence převažují zejména fakultativně anaerobní bakterie, zejména z čeledí Enterobacteriaceae (například rody Escherichia a Klebsiella) a Lactobacillaceae, které snižují redoxní potenciál střevního prostředí, čímž umožňují následnou kolonizaci obligátně anaerobními mikroorganismy, zejména rody Bifidobacterium, Clostridium a Bacteroides [29]. Bifidobakterie jsou v prvních 6 měsících života dominantní složkou mikrobioty. Po zavedení pevné stravy a ukončení kojení dochází k jejich poklesu ve prospěch dalších mikrobiálních taxonů a dozrávání do mikrobioty podobné té dospělé [30, 31].

Kolonizace střev v kojeneckém věku hraje klíčovou roli v rozvoji imunitní tolerance a vývoji regulačních mechanismů imunitního systému [32]. Dysbalance střevní mikrobioty v raném období života může negativně ovlivnit zrání imunitního systému a v pozdějším věku vést ke zvýšené náchylnosti k alergiím včetně astmatu [33, 34]. Střevní dysbióza v raném věku je rovněž spojována se zvýšeným rizikem vzniku metabolických a autoimunitních onemocnění, jako je obezita [35] či diabetes [36]. U předčasně narozených dětí bylo navíc zaznamenáno vyšší riziko neurovývojových poruch v souvislosti s narušeným vývojem střevní mikrobioty [37]. Složení střevní mikrobioty lze však do určité míry pozitivně ovlivnit vhodnými intervenčními strategiemi, zejména kojením, vyváženou stravou, podáváním probiotik a prebiotik, které podporují obnovu mikrobiální rovnováhy a omezují nadměrné zastoupení potenciálně patogenních druhů [38].

Bakterie rodu Klebsiella jsou součástí střevní mikrobioty novorozenců i dospělých. Nedávné epidemiologické údaje však naznačují, že asymptomatické gastrointestinální nosičství může sloužit jako rezervoár infekcí u stejného jedince a umožňuje přenos z hostitele na hostitele fekálně-orální cestou [3, 39]. Právě u novorozenců, zejména předčasně narozených a hospitalizovaných, může za určitých podmínek docházet k jejich nadměrnému rozšíření a posunu k patogennímu fenotypu [40]. To vede k riziku vzniku nozokomiálních infekcí, včetně sepse a nekrotizující enterokolitidy [41, 42]. Kolonizace Klebsiella spp. ve střevním traktu novorozenců je výsledkem komplexní interakce perinatálních a postnatálních vlivů, jež ovlivňují jak složení střevní mikrobioty, tak i kompetitivní schopnosti těchto bakterií. Zvýšené riziko nadměrné kolonizace Klebsiella spp. je spojeno především s rozvíjející se střevní mikrobiotou, nedostatečnou expozicí ochranným mikrobiálním kmenům při porodu, typem výživy, expozicí nemocničnímu prostředí a antibiotickou zátěží [41, 43, 44, 45, 46]. Na obrázku 2 jsou zobrazeny faktory ovlivňující výskyt Klebsiella spp. u novorozenců a kojenců, které jsou blíže specifikovány v podkapitolách níže.

 

GESTAČNÍ VĚK

Nízký gestační věk je jedním z klíčových faktorů predisponujících novorozence k alteracím ve vývoji střevní mikrobioty a zvýšenému riziku dysbiózy [41]. Předčasně narozené děti, definované jako novorozenci narození před ukončeným 37. gestačním týdnem, představují vysoce náchylnou skupinu s řadou nezralých fyziologických funkcí. V důsledku této nezralosti a časté nutnosti hospitalizační péče (např. parenterální výživa, antibiotická terapie) jsou tito novorozenci vystaveni odlišným perinatálním a postnatálním podmínkám, které významně ovlivňují ranou kolonizaci střeva a vedou k odlišným kolonizačním vzorcům střevní mikrobioty [41, 44]. V prvním týdnu života bývají střeva těchto novorozenců osídlena převážně zástupci rodů Staphylococcus, Enterococcus a Klebsiella [42]. Což odpovídá výsledkům v dlouhodobé prospektivní studii Li et al. (2025), která též poukazuje na přítomnost Klebsiella spp. u nedonošených dětí. Tato studie sledovala vývoj střevní mikrobioty u  23 předčasně narozených a  46 donošených novorozenců během prvních 3 měsíců života. Autoři prokázali, že u předčasně narozených dětí dochází k narušení přirozené posloupnosti kolonizačních kroků, se sníženou mikrobiální diverzitou v časném postnatálním období a převahou rodů asociovaných s nemocničním prostředím, jako jsou rody Klebsiella, Enterobacter a Enterococcus. Postupná maturace mikrobioty, charakterizovaná nárůstem bifidobakterií a laktobacilů, byla u těchto dětí opožděná a výrazně ovlivněná expozicí antibiotické terapii [47]. Na změny v rané kolonizaci poukazuje také studie Schwartz et al. (2023), která ukazuje, že střevní mikrobiota s převahou nozokomiálních potenciálních patogenů může u hospitalizovaných předčasně narozených novorozenců představovat rezervoár mikroorganismů předcházejících rozvoji systémových infekcí. Tím potvrzuje, že opožděný vývoj se dále odráží v narušené posloupnosti kolonizačních kroků, kdy první osídlení střevního traktu probíhá za snížené mikrobiální diverzity a je charakterizováno převahou mikroorganismů asociovaných s nemocničním prostředím [48]. Fyziologické mikrobiální kmeny, které se u donošených dětí běžně podílejí na časné kolonizaci střeva, se u předčasně narozených dětí ustavují odlišně. Narušený vývoj střevní kolonizace a snížená diverzita střevní mikrobioty bývají spojovány se zvýšeným rizikem dysbiózy, poruchami trávení, oslabenou funkcí slizniční bariéry, zvyšujícím se rizikem zánětlivých komplikací a nedostatečnou maturací imunitní odpovědi [35, 49, 50].

 

ZPŮSOB PORODU

Způsob porodu významně ovlivňuje složení střevní mikrobioty novorozence. Při přirozeném vaginálním porodu dochází k přímému kontaktu dítěte s vaginální a fekální mikrobiotou matky, čímž je umožněna expozice mateřským mikroorganismům a je podpořen proces časné střevní kolonizace. Mezi nejčastěji přenášené rody patří Escherichia, Bifidobacterium, Bacteroides, laktobacily a Parabacteroides, které tvoří základ přirozené kolonizační dráhy [50]. Tato expozice je spojována se stimulací slizniční imunity a rozvojem imunologické tolerance, což je zásadní pro správné vyzrávání imunitního systému v raném postnatálním období [32, 51]. Vaginálně porozené děti vykazují mikrobiotu více podobnou mateřské a odlišnou od dětí narozených císařským řezem, přičemž rozdíly ve složení a diverzitě jsou patrné již v raném postnatálním období [50]. Vlivem absence kontaktu s vaginální mikrobiotou matky totiž kolonizace probíhá primárně prostřednictvím exogenních zdrojů, jako jsou nemocniční prostředí, zdravotnický personál a další faktory okolního prostředí [43, 52]. Rutinní podávání intrapartálních antibiotik matkám podstupujícím císařský řez je spojeno se změnami ve složení střevní mikrobioty kojence včetně sníženého zastoupení některých prospěšných bakteriálních rodů v časném postnatálním období [53]. Výsledkem je zvýšená prevalence kožních agens, jako jsou rody Staphylococcus, Propionibacterium, Corynebacterium, Streptococcus, a také anaerobních endospory tvořících klostridií, typických pro nemocniční prostředí. Dále je pozorován snížený výskyt fyziologických kolonizátorů, především rodů Bifidobacterium a Bacteroides [33, 43, 52]. Navíc je tento typ mikrobiální střevní kolonizace často spojen s časnou přítomností oportunních patogenů, včetně zástupců rodu Klebsiella spp. [43]. Negativní vliv porodu císařským řezem na složení mikrobioty kojence lze zmírnit a časem významně eliminovat. Studie Bokulich et al. (2016), která sledovala 43 kojenců do věku dvou let, stejně tak studie Coker et al. (2021) zahrnující 229 kojenců během prvního roku života, ukázaly, že při exkluzivním kojení bez současné antibiotické zátěže dochází k postupné konvergenci mikrobiálních profilů, tedy ke sbližování složení střevního mikrobiomu mezi dětmi narozenými vaginálně a císařským řezem, přičemž tato konvergence je pozorována již kolem 6. měsíce věku [33, 54].

 

KOJENÍ NEBO KRMENÍ UMĚLOU VÝŽIVOU

Kojení nepředstavuje pouze zdroj optimálního poměru živin, ale zároveň poskytuje specifické bioaktivní látky, které podporují osídlení střeva prospěšnými mikroorganismy [55, 56, 57]. Mateřské mléko obsahuje řadu složek s imunomodulačními a prebiotickými účinky, jež ve srovnání s umělou výživou napomáhají celkovému vývoji dítěte a snižují riziko nekrotizující enterokolitidy [58,  59]. Mezi nejvýznamnější patří oligosacharidy mateřského mléka (Human Milk Oligosaccharides; HMOs), které představují třetí nejzastoupenější pevnou složku mléka. Tyto strukturálně rozmanité oligosacharidy selektivně podporují růst prospěšných bakterií, zejména rodu Bifidobacterium [55]. Některé bakterie jsou dobře známé pro svou schopnost plně využívat HMOs, buď intra nebo extracelulárně (Bifidobacterium longum subsp. infantis, B.  bifidum), nebo jsou částečnými utilizátory HMOs (B.  breve, Bacteroides thetaiotaomicron). Jiné mikroorganismy mohou využívat monosacharidy odvozené z HMOs, jako je fukóza, kyselina sialová, N-acetylglukosamin (GlcNAc) nebo laktóza (Escherichia coli, Pediococcus acidilactici, Lachnoclostridium symbiosum) [60]. Bifidobacterium spp. a Bacteroides spp. se jeví jako klíčové organismy v rané fázi vývoje mikrobioty a konzistentně predikují pozitivní zdravotní výsledky [61]. Druhy Bacteroides však mohou představovat i významné klinické patogeny. Přestože ve střevním prostředí udržují komplexní a převážně prospěšný vztah s hostitelem, jejich únik mimo toto prostředí může vést k rozvoji závažných patologických stavů [62]. Mimoto, raná dominance Bacteroides spp. však může brzdit kolonizaci bifidobakterií, a navíc nese vyšší riziko alergických onemocnění. U kojenců s dominovaným rodem Bacteroides nebo Klebsiella navíc bylo naměřeno výrazně vyšší riziko potravinové senzibilizace a alergií, zejména na vaječný bílek [63].

HMOs se zároveň vážou na sacharidové receptory epitelových buněk a fungují jako decoy receptory (receptory, které váží molekulární struktury, ale nepřenášejí signál), čímž brání přilnutí patogenů ke sliznici a podporují vývoj zdravé střevní mikrobioty [55]. Prospěšné bakterie, zejména časní kolonizátoři rodu Bifidobacterium, vytvářejí kompetitivní prostředí spojené s kolonizační rezistencí vůči oportunním patogenům, včetně Klebsiella spp. [64, 65].

Náhradní kojenecká výživa, zpravidla na bázi kravského mléka, se od mateřského mléka výrazně liší ve složení živin i dalších složek, což se promítá i do vývoje střevní mikrobioty. Je velmi důležité si uvědomit, že žádná náhradní kojenecká výživa zatím nemůže plně napodobit složení a biologickou aktivitu mateřského mléka, přestože jsou tyto produkty v dnešní době často obohacovány o různé prebiotické substráty, jejichž frakce se některým strukturám HMOs alespoň podobají [55, 58, 66]. I proto se v současné neonatologické praxi stále častěji uplatňuje použití pasterovaného dárcovského mateřského mléka, a to buď samostatně, nebo v kombinaci s fortifikovanou kojeneckou výživou. Tento přístup se snaží alespoň částečně přiblížit účinkům mateřského mléka na střevní kolonizaci a zmírnit negativní dopady krmení umělou výživou [67].

Ve studii Wang et al. z roku 2020 například analyzovali složení střevního mikrobiomu u 20 zdravých předčasně narozených dětí (32.–37. týden gestace), které byly krmeny buď mateřským mlékem, nebo umělou výživou. I když celkový počet bakteriálních druhů (alfa-diverzita) byl mezi skupinami podobný, složení mikrobiomu (beta -⁠ -diverzita) se výrazně lišilo. U dětí krmených mateřským mlékem dominovaly rody jako Veillonella a Escherichia, zatímco u dětí krmených umělou výživou převažovaly rody Streptococcus a Klebsiella [46]. Podobné výsledky uvádí i studie Parra-Llorca et al. z roku 2018 [44].

 

HOSPITALIZACE

Zdrojem Klebsiella spp. může být jak mikrobiota matky, tak nemocniční prostředí [68]. V nemocničním prostředí představují významné zdroje kolonizace Klebsiella spp. vodovodní systémy, kontaminované povrchy, zdravotnické přístroje a ruce zdravotnického personálu [69].

Zdravotnický personál se může podílet na přenosu nozokomiálních patogenů mezi pacienty, zejména v případě nedostatečného dodržování hygienických opatření, čímž se zvyšuje riziko expozice u novorozenců, imunokompromitovaných pacientů a dlouhodobě hospitalizovaných osob [70]. Následkem může být široké spektrum infekcí od pneumonií, infekcí močových cest a chirurgických ran, až po infekce krevního řečiště, sepse a další závažné klinické stavy [69]. Navíc expozice nemocničnímu prostředí, včetně rutinního podávání antibiotik, je významným faktorem podporujícím kolonizaci Klebsiella spp. u novorozenců. Hospitalizovaní novorozenci, zejména ti umístění na JIP, jsou vzhledem k nezralosti střevní mikrobioty, imunitního systému a trávicího traktu vystaveni zvýšenému riziku nozokomiálních infekcí a osídlení Klebsiella spp. [43, 71]. Tento vztah byl popsán v prospektivní studii publikované v roce 2025, provedené na pediatrických JIP v Šanghaji, která zahrnovala celkem 2 225 dětí z nichž 7,4 % bylo kolonizováno karbapenem-rezistentní K. pneumoniae (CRKP). U 18 % kolonizovaných pacientů se během hospitalizace vyvinula klinická infekce. Mezi hlavní rizikové faktory patřila předchozí expozice karbapenemovým antibiotikům, základní onemocnění gastrointestinálního nebo respiračního traktu a prodloužená délka hospitalizace. Molekulární analýza odhalila převahu kmenů nesoucích gen blaKPC-2 a sekvenční typ ST11, které byly nejčastěji spojeny s následnými infekcemi [72].

Obecně nozokomiální infekce na novorozeneckých JIP patří mezi hlavní globální příčiny morbidity a mortality [73, 74]. Jejich výskyt se liší v závislosti na délce hospitalizace, rozdílech v klinických postupech (např. v používání antibiotik, zavádění katetrů či ventilační podpory), provádění výkonů narušujících tělesné bariéry a individuální zralosti novorozence. Nižší porodní hmotnost a nižší gestační věk jsou významnými rizikovými faktory vzniku těchto infekcí [75].

Přítomnost Klebsiella spp., tedy zejména výše uvedené K. pneumoniae, na novorozeneckých JIP je opakovaně spojována s výskytem závažných klinických stavů včetně sepse. Systematický přehled relevantních studií (2019–2023) potvrdil prevalenci sepse novorozenců s pozdním nástupem a identifikoval široké spektrum izolovaných patogenů. Mezi nejčastější patří gramnegativní bakterie náležící do čeledi Enterobacteriaceae jako jsou E. coli, K. pneumoniae a Enterobacter cloacae. Dále také Acinetobacter spp. a Serratia marcescens. U grampozitivních bakterií se jedná o koaguláza negativní stafylokoky, streptokoky skupiny B a Staphylococcus aureus [76].

 

EXPERIMENTÁLNÍ ZVÍŘECÍ MODELY VE VÝZKUMU

Kromě primárních in vitro studií jsou experimentální zvířecí modely významným navazujícím nástrojem pro studium vlivu bakterií na střevní mikrobiotu a patogenezi nozokomiálních infekcí [77]. Umožňují simulovat lidské infekce a detailně zkoumat mikrobiální patogenezi, virulenci a účinnost terapeutických intervencí. Nejčastěji se využívají savčí modely, které lépe reflektují průběh lidských infekcí [78] a umožňují identifikaci faktorů virulence a testování léčebných strategií [79]. Pro imunologické studie jsou většinou preferovány myší modely díky možnosti genetických modifikací (včetně transgenních a knock-out myší) a dostupnosti standardizovaných experimentálních protokolů. Je však třeba zohlednit, že imunitní systém a složení mikrobioty myší se v mnoha ohledech výrazně liší od lidských podmínek, což může ovlivnit přenositelnost výsledků do klinické praxe [80].

Modelovými organismy pro studium respiračních onemocnění způsobených KpSC jsou nejčastěji myši a potkani, ačkoliv některé studie zahrnují i králíky či primáty [80]. U myší se bakterie nejčastěji aplikuje do nosní dutiny nebo přímo do dýchacích cest pro simulaci respiračních infekcí [81, 82]. Nevýhodou je přirozená odolnost myší vůči některým kmenům K. pneumoniae, což vyžaduje použití vyšších dávek bakterií nebo cílené oslabení imunitní odpovědi [83]. U potkanů se modelují respirační infekce, infekce močových cest i systémové infekce [80].

Pro translační výzkum jsou prasata díky své genetické a fyziologické podobnosti s člověkem vhodnějším modelem než hlodavci [84, 85, 86]. Bezkolostrální gnotobiotická selata slouží jako model pro studium vývoje imunity a střevní mikrobioty u nedonošených dětí [87]. Studie Splichalova et al. z roku 2018 využila model bezmikrobních selat k hodnocení vývoje střevní imunity a bariérových funkcí v podmínkách absence střevní mikrobioty. Bylo prokázáno, že chybějící mikrobiální expozice významně ovlivňuje střevní vývoj a imunitní odpověď hostitele [88]. Modely bezmikrobních selat se proto uplatňují při studiu vlivu kolonizace specifickými bakteriálními kmeny na imunitní odpověď a integritu střevní bariéry [89, 90]. Tyto poznatky přispívají k lepšímu pochopení mechanismů formování imunity v raném postnatálním období [88, 89, 90]. Také získaná data v rámci naší pilotní studie podpořené grantem LUAUS23014 (zatím nepublikovaná) naznačují vhodnost modelu gnotobiotického selete pro přispění k objasnění role Klebsiella spp. v kojenecké střevní mikrobiotě.

Prasečí modely rovněž umožňují studium interakce hostitele s patogeny v různých orgánech. Ve studii Dumigan et al. z roku 2019 vytvořili ex vivo model perfuze plic (ex vivo lung perfusion, EVLP) s využitím prasečích plic k analýze pneumonie způsobené K. pneumoniae Kp52145 [84]. Tento model věrně napodobuje klíčové charakteristiky pneumonie, včetně poškození plic, náboru neutrofilů a aktivace imunitního systému [91]. Význam prasete jako modelového organismu v biomedicínském výzkumu podtrhuje jeho anatomická a fyziologická podobnost s člověkem, díky níž je využíváno i v oblasti xenotransplantace [92]. Biofilm vytvářený kmeny KpSC hraje zásadní roli v perzistenci infekce, ochraně bakterií před imunitní odpovědí hostitele a snížené citlivosti k antibiotikům, což bylo prokázáno především v klinických a in vitro studiích [93]. Prasečí modely jsou využívány i ke studiu patogeneze respiračních infekcí způsobených K. pneumoniae Kp52145 a k hodnocení virulenčních faktorů a zánětlivé odpovědi hostitele v podmínkách blízkých lidskému onemocnění [84].

Použití genetických nástrojů, jako je systém CRISPR -⁠ -Cas9, umožňuje cílené úpravy genomů prasat a vytváření genově modifikovaných modelů pro pokročilý biomedicínský výzkum, což rozšiřuje možnosti studia patogeneze a testování nových terapeutických přístupů [94]. Na základě těchto modelů probíhá v současnosti preklinické testování celé řady vakcinačních kandidátů proti KpSC. Tyto vakcíny cílí na různé povrchové struktury patogenu, včetně lipopolysacharidů (LPS), kapsulárních polysacharidů (CPS) a vnějších membránových proteinů (OMP). Některé konstrukce využívají glykokonjugáty nebo fúzní proteiny, přičemž multivalentní přístup, kombinující více antigenů, vykazuje zvýšený potenciál indukovat ochrannou imunitní odpověď [80, 95, 96, 97].

Genomová data naznačují, že bakterie z KoSC disponují genetickými determinantami virulence a cytotoxicity [98]. Patogenní potenciál těchto kmenů byl dále potvrzen v experimentech s izoláty, které byly schopny infikovat potkany a prasata a vykazovaly cytotoxické účinky [99]. Naopak neexistují důkazy, že by zvířecí kmeny infikovaly člověka, což poukazuje na druhově specifické interakce mezi patogenem a hostitelem.

K objasnění molekulárních mechanismů adaptace KpSC a KoSC na různé hostitele a k identifikaci faktorů patogeneze je potřebný další výzkum. Tyto poznatky mohou přispět k vývoji nových antimikrobiálních látek a imunizačních strategií a rovněž ke zlepšení predikce mezidruhových přenosů, což je významné jak pro ochranu veřejného zdraví, tak pro bezpečnost v zemědělství a klinických prostředích.

 

ZÁVĚR

Bakterie rodu Klebsiella, zejména taxony sdružené v druhových komplexech K. pneumoniae a K. oxytoca, představují významné oportunní patogeny vyvíjející se střevní mikrobioty novorozenců a kojenců a jsou častými původci nozokomiálních infekcí, zejména u nedonošených a imunitně oslabených jedinců. Výskyt Klebsiella  spp. v časné mikrobiotě je podporován faktory narušujícími přirozenou kolonizaci a selektivně zvýhodňujícími fakultativně anaerobní enterobakterie, zatímco je potlačován vaginálním porodem, kojením a rychlou dominancí bifidobakterií. Postnatální faktory, včetně typu výživy, antibiotické léčby kojence a dynamiky kolonizace protektivní mikrobioty, následně určují přetrvávání nebo ústup Klebsiella spp. v průběhu kojeneckého období a jejich potenciální podíl na rozvoji časné dysbiózy.

Vzhledem k rostoucímu výskytu multirezistentních a hypervirulentních kmenů Klebsiella spp. je hlubší pochopení jejich interakcí s hostitelským organismem klíčové pro vývoj preventivních a terapeutických strategií. Experimentální modely, zejména prasečí modely, představují cenný nástroj pro studium patogeneze těchto bakterií a testování nových přístupů ke kontrole jejich kolonizace a infekčního potenciálu.

 

Poděkování

 Tato práce byla podpořena grantem LUAUS23014 MŠMT ČR.

 

Adresa pro korespondenci:
doc. Ing. Věra Neužil Bunešová, Ph.D.
Katedra mikrobiologie, výživy a dietetiky
Česká zemědělská univerzita v Praze 
Kamýcká 129 165 00 Praha –⁠ Suchdol
e-mail: bunesova@af.czu.cz