Staphylococcus aureus kann bei etwa 25% der gesunden Normalbevölkerung nachgewiesen werden, ohne Symptome zu verursachen. Dieser Keim ist jedoch auch einer der wichtigsten Erreger bei Osteomyelitis und Infektionen von orthopädischen Implantaten wie z. B. von künstlichen Knie- oder Hüftgelenken. Diese Infektionen führen meist zu aufwendigen und risikobehafteten operativen Eingriffen sowie zu einer langfristigen Antibiotikagabe. In der vorliegenden Arbeit sollten S. aureus-Isolate charakterisiert werden, die aus Osteomyelitisherden oder infizierten orthopädischen Implantaten gewonnen wurden. Ziel war es, die Isolate daraufhin zu untersuchen, ob bestimmte Stämme dominieren und ob das Vorhandensein bestimmter Virulenzfaktoren mit einem besonderen Risiko für solche Infektionen korreliert. Für diese Untersuchungen wurden DNA-Arrays eingesetzt, welche es ermöglichen, alle relevanten Virulenzfaktoren in einem Experiment nachzuweisen, einen „genetischen Fingerabdruck“ zu erheben und die Isolate so Verwandtschaftsgruppen (klonalen Komplexen, CC) zuzuordnen. Insgesamt wurden 119 klinische Isolate charakterisiert. Sie gehörten zu 20 verschiedenen klonalen Komplexen. CC8 (19,3%), CC45 (17,7%) und CC30 (12,6%) dominierten. MRSA waren selten nachweisbar. Die sieben MRSA-Isolate gehörten zu den lokal dominierenden Stämmen (Rhein-Hessen, Süddeutscher, Barnimer und Berliner Epidemiestamm sowie Europäischer caMRSA-Klon). Die Populationsstruktur der klinischen Isolate und die Häufigkeiten der untersuchten Virulenz- und Adhäsionsfaktoren entsprachen weitestgehend Isolaten von asymptomatischen Trägern, die in einer früheren Studie bestimmt wurden (Molecular epidemiology of Staphylococcus aureus in asymptomatic carriers; Monecke, Lüdicke, Slickers, Ehricht; Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2009). Es konnte kein molekularer Marker identifiziert werden, der allein für eine Risikostratifizierung eingesetzt werden kann. Das Gen für Staphylokinase (sak) war jedoch bei den klinischen Isolaten (90,8%) häufiger nachzuweisen als in Isolaten von asymptomatischen Trägern (71,6%). Einige andere Gene traten ebenfalls bei Patienten häufiger auf, aber waren insgesamt zu selten, um bei Osteomyelitis und Implantatinfektionen eine signifikante Rolle zu spielen. Ein Beispiel dafür war das Panton-Valentine Leukozidin, das in 0,7% der Isolate von asymptomatischen Trägern und in 3,4% der Patientenisolate gefunden wurde. CC15 war bei Isolaten von asymptomatischen Trägern häufiger vertreten (16.8%) als bei Patientenisolaten (5.9%). Da alle CC15-Isolate sak-negativ waren, könnte auch diese Beobachtung als Indiz für einen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von Staphylokinase und Invasivität gewertet werden. CC45 war bei Patientenisolaten (17,7%) häufiger als bei den asymptomatischen Trägern (9,0%) vorhanden. Es konnte jedoch kein CC45-spezifischer Faktor identifiziert werden, der mit einer höheren Virulenz im Zusammenhang stehen könnte. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob S. aureus in infizierten orthopädischen Implantaten endogenen Ursprungs ist. Bei 23 Patienten mit Infektionen von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen konnten parallel Nasenabstriche genommen und untersucht werden. Fünfzehn von ihnen (65,2%) waren Träger von S. aureus und bei neun (39,1%) waren die Isolate aus Nasenabstrichen und den infizierten Endoprothesen identisch. Dies weist darauf hin, daß Träger von S. aureus ein erhöhtes Risiko haben, Infektionen von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen zu erleiden und daß ein großer Teil dieser Infektionen endogenen Ursprungs ist. Deshalb sollten Patienten vor Implantation von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen auf Trägerschaft von S. aureus untersucht werden. Falls S. aureus nachgewiesen wird, sollte dieser Keim generell präoperativ eradiziert werden, um das Risiko endogener Infektionen zu verringern. Eine prospektive Studie zu diesem Thema wird empfohlen. / Staphylococcus aureus is asymptomatically carried by approximately 25% of a normal population. It is also one of the most important causes of osteomyelitis and infections of orthopedic implants such as total hip or knee replacements. Such infections usually lead to complicated and risky surgical procedures as well as to long-term antibiotic treatment. In the present work, S. aureus isolates from osteomyelitis or implant infections were to be characterised. The aim of the study was to prove whether certain strains were overrepresented among patient isolates, and whether the presence of certain virulence factors might correlate with these infections. DNA arrays where used which facilitate to screen for all relevant virulence factors within a single experiment and which allow typing by obtaining a genetic fingerprint of the examined isolate. By this method, it was also possible to assign isolates to phylogenetic clusters, so-called clonal complexes. 119 clinical isolates were characterised in this way. They belonged to 20 different clonal complexes (CC). CC8 (19.3%), CC45 (17.7%) and CC30 (12.6%) dominated. MRSA were rarely detected. The seven MRSA isolates belonged to locally predominant epidemic strains (ST5-MRSA-II, ST228-MRSA-I, ST22-MRSA-IV, ST45-MRSA-IV and ST80-MRSA-IV). The population structure of the clinical isolates and the relative abundances of the examined virulence and adhesion factors corresponded largely to isolates from asymptomatic carriers, which has been examined in an earlier study (Molecular epidemiology of Staphylococcus aureus in asymptomatic carriers; Monecke, Lüdicke, Slickers, Ehricht; Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2009). No molecular maker was detected which could alone be used for risk assessment. The gene for staphylokinase (sak) was clearly more common among clinical isolates (90.8%) than in isolates from asymptomatic carriers (71.6%). Some other genes were also found to be more common in patient isolates, but were very rare so that a significant role in bone and implant infection appeared to be unlikely. An example is Panton-Valentine leukocidin, which was detected in 3.4% of patient isolates and 0.7% of carrier isolates. CC15 was more commonly detected among healthy carriers (16.8%), than among patients (5.9%). Since all CC15 isolates were negative for sak, this also might be related to a possible role of staphylokinase in pathogenesis of invasive disease. CC45 was more abundant in patient samples (17.7%) than in swabs of healthy carriers (9.0%). However, it was not possible to identify a CC45-specific factor which might have been related to a higher virulence. Another aim of the study was to investigate whether S. aureus from orthopaedic implant infections were of endogenous origin. For 23 patients with S. aureus infections of total knee or hip prosthetics, it was possible to obtain nasal swabs in order to detect and type possible S. aureus carriage strains. Fifteen of them (65.2%) carried S. aureus. In nine patients (39.1%), isolates from nasal swabs and foci of infection were identical. This indicates that carriers of S. aureus are at risk of developing infections of total knee or hip prosthetics, and that a considerable proportion of these infections are of endogenous origin. Therefore, patients should generally be screened for S. aureus carriage prior to joint replacement. In case of detection, S. aureus should be eradicated in order to decrease the risk of endogenous infection. A prospective study is recommended.

Staphylococcus aureus kann bei etwa 25% der gesunden Normalbevölkerung nachgewiesen werden, ohne Symptome zu verursachen. Dieser Keim ist jedoch auch einer der wichtigsten Erreger bei Osteomyelitis und Infektionen von orthopädischen Implantaten wie z. B. von künstlichen Knie- oder Hüftgelenken. Diese Infektionen führen meist zu aufwendigen und risikobehafteten operativen Eingriffen sowie zu einer langfristigen Antibiotikagabe. In der vorliegenden Arbeit sollten S. aureus-Isolate charakterisiert werden, die aus Osteomyelitisherden oder infizierten orthopädischen Implantaten gewonnen wurden. Ziel war es, die Isolate daraufhin zu untersuchen, ob bestimmte Stämme dominieren und ob das Vorhandensein bestimmter Virulenzfaktoren mit einem besonderen Risiko für solche Infektionen korreliert. Für diese Untersuchungen wurden DNA-Arrays eingesetzt, welche es ermöglichen, alle relevanten Virulenzfaktoren in einem Experiment nachzuweisen, einen „genetischen Fingerabdruck“ zu erheben und die Isolate so Verwandtschaftsgruppen (klonalen Komplexen, CC) zuzuordnen. Insgesamt wurden 119 klinische Isolate charakterisiert. Sie gehörten zu 20 verschiedenen klonalen Komplexen. CC8 (19,3%), CC45 (17,7%) und CC30 (12,6%) dominierten. MRSA waren selten nachweisbar. Die sieben MRSA-Isolate gehörten zu den lokal dominierenden Stämmen (Rhein-Hessen, Süddeutscher, Barnimer und Berliner Epidemiestamm sowie Europäischer caMRSA-Klon). Die Populationsstruktur der klinischen Isolate und die Häufigkeiten der untersuchten Virulenz- und Adhäsionsfaktoren entsprachen weitestgehend Isolaten von asymptomatischen Trägern, die in einer früheren Studie bestimmt wurden (Molecular epidemiology of Staphylococcus aureus in asymptomatic carriers; Monecke, Lüdicke, Slickers, Ehricht; Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2009). Es konnte kein molekularer Marker identifiziert werden, der allein für eine Risikostratifizierung eingesetzt werden kann. Das Gen für Staphylokinase (sak) war jedoch bei den klinischen Isolaten (90,8%) häufiger nachzuweisen als in Isolaten von asymptomatischen Trägern (71,6%). Einige andere Gene traten ebenfalls bei Patienten häufiger auf, aber waren insgesamt zu selten, um bei Osteomyelitis und Implantatinfektionen eine signifikante Rolle zu spielen. Ein Beispiel dafür war das Panton-Valentine Leukozidin, das in 0,7% der Isolate von asymptomatischen Trägern und in 3,4% der Patientenisolate gefunden wurde. CC15 war bei Isolaten von asymptomatischen Trägern häufiger vertreten (16.8%) als bei Patientenisolaten (5.9%). Da alle CC15-Isolate sak-negativ waren, könnte auch diese Beobachtung als Indiz für einen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von Staphylokinase und Invasivität gewertet werden. CC45 war bei Patientenisolaten (17,7%) häufiger als bei den asymptomatischen Trägern (9,0%) vorhanden. Es konnte jedoch kein CC45-spezifischer Faktor identifiziert werden, der mit einer höheren Virulenz im Zusammenhang stehen könnte. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob S. aureus in infizierten orthopädischen Implantaten endogenen Ursprungs ist. Bei 23 Patienten mit Infektionen von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen konnten parallel Nasenabstriche genommen und untersucht werden. Fünfzehn von ihnen (65,2%) waren Träger von S. aureus und bei neun (39,1%) waren die Isolate aus Nasenabstrichen und den infizierten Endoprothesen identisch. Dies weist darauf hin, daß Träger von S. aureus ein erhöhtes Risiko haben, Infektionen von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen zu erleiden und daß ein großer Teil dieser Infektionen endogenen Ursprungs ist. Deshalb sollten Patienten vor Implantation von Knie- oder Hüfttotalendoprothesen auf Trägerschaft von S. aureus untersucht werden. Falls S. aureus nachgewiesen wird, sollte dieser Keim generell präoperativ eradiziert werden, um das Risiko endogener Infektionen zu verringern. Eine prospektive Studie zu diesem Thema wird empfohlen. / Staphylococcus aureus is asymptomatically carried by approximately 25% of a normal population. It is also one of the most important causes of osteomyelitis and infections of orthopedic implants such as total hip or knee replacements. Such infections usually lead to complicated and risky surgical procedures as well as to long-term antibiotic treatment. In the present work, S. aureus isolates from osteomyelitis or implant infections were to be characterised. The aim of the study was to prove whether certain strains were overrepresented among patient isolates, and whether the presence of certain virulence factors might correlate with these infections. DNA arrays where used which facilitate to screen for all relevant virulence factors within a single experiment and which allow typing by obtaining a genetic fingerprint of the examined isolate. By this method, it was also possible to assign isolates to phylogenetic clusters, so-called clonal complexes. 119 clinical isolates were characterised in this way. They belonged to 20 different clonal complexes (CC). CC8 (19.3%), CC45 (17.7%) and CC30 (12.6%) dominated. MRSA were rarely detected. The seven MRSA isolates belonged to locally predominant epidemic strains (ST5-MRSA-II, ST228-MRSA-I, ST22-MRSA-IV, ST45-MRSA-IV and ST80-MRSA-IV). The population structure of the clinical isolates and the relative abundances of the examined virulence and adhesion factors corresponded largely to isolates from asymptomatic carriers, which has been examined in an earlier study (Molecular epidemiology of Staphylococcus aureus in asymptomatic carriers; Monecke, Lüdicke, Slickers, Ehricht; Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2009). No molecular maker was detected which could alone be used for risk assessment. The gene for staphylokinase (sak) was clearly more common among clinical isolates (90.8%) than in isolates from asymptomatic carriers (71.6%). Some other genes were also found to be more common in patient isolates, but were very rare so that a significant role in bone and implant infection appeared to be unlikely. An example is Panton-Valentine leukocidin, which was detected in 3.4% of patient isolates and 0.7% of carrier isolates. CC15 was more commonly detected among healthy carriers (16.8%), than among patients (5.9%). Since all CC15 isolates were negative for sak, this also might be related to a possible role of staphylokinase in pathogenesis of invasive disease. CC45 was more abundant in patient samples (17.7%) than in swabs of healthy carriers (9.0%). However, it was not possible to identify a CC45-specific factor which might have been related to a higher virulence. Another aim of the study was to investigate whether S. aureus from orthopaedic implant infections were of endogenous origin. For 23 patients with S. aureus infections of total knee or hip prosthetics, it was possible to obtain nasal swabs in order to detect and type possible S. aureus carriage strains. Fifteen of them (65.2%) carried S. aureus. In nine patients (39.1%), isolates from nasal swabs and foci of infection were identical. This indicates that carriers of S. aureus are at risk of developing infections of total knee or hip prosthetics, and that a considerable proportion of these infections are of endogenous origin. Therefore, patients should generally be screened for S. aureus carriage prior to joint replacement. In case of detection, S. aureus should be eradicated in order to decrease the risk of endogenous infection. A prospective study is recommended.