Abstract Streptococcus pneumoniae, pneumococcus, is a common cause of respiratory tract infections and also a common inhabitant of the upper respiratory tract of healthy people. At present, 93 different polysaccharide types have been identified and in addition to them, unencapsulated pneumococci are found especially in healthy carriers. Pneumococci are usually identified by using a bacterial culture combined with biochemical or immunochemical tests. Recently, new DNA-based methods, such as PCR, have been applied. Many PCR methods that detect pneumococci are targeted at genes which encode virulence factors such as pneumolysin, autolysin and pneumococcal surface antigen A. S. pneumoniae is a common causative agent of otitis media. In clinical trials, xylitol has been shown to decrease the occurrence of otitis media but the mechanism of action is not known. Xylitol has been shown to reduce pneumococcal growth and adherence to nasopharyngeal cells and its effect on the appearance of the pneumococcal polysaccharide structure has been shown by electron microscopy. Xylitol has also been demonstrated to inhibit biofilm formation of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. Biofilms have been associated with otitis media and pneumococci have been shown to form biofilms. The purpose of this work was to study the role of capsular and other virulence genes in pneumococcal infection and biofilm formation. A new PCR method was developed to detect the pneumococcal capsule and it appeared to have potential when studying the pneumococcal etiology of pneumonia. Widely used PCR methods were used to study pneumococcal isolates, and conflicting results were obtained when the results were compared with conventional immunochemical methods. In addition, xylitol was shown to inhibit capsular gene expression and biofilm formation of pneumococci. Glucose and fructose appeared to enhance biofilm formation. The conflicting results between PCR and immunochemical methods suggest that further identification methods are needed in the diagnosis of pneumococcal infection. The observed inhibitory effect of xylitol on pneumococcal capsule gene expression and biofilm formation may partly explain the efficacy of xylitol in preventing acute otitis media in previous clinical trials. / Tiivistelmä Streptococcus pneumoniae, pneumokokki, on yleinen hengitystieinfektioiden aiheuttaja, joka esiintyy myös hengitysteiden normaalifloorassa. Pneumokokilla tunnetaan 93 kapselityyppiä ja näiden lisäksi etenkin oireettomilta nielukantajilta löytyy kapselittomia pneumokokkeja. Pneumokokin tunnistamiseen käytetään yleensä viljelyä sekä bio- ja immunokemiallisia testejä ja sittemmin tunnistuksen tukena on käytetty geeniteknologisia menetelmiä, kuten PCR. Useissa pneumokokin tunnistuksessa käytettävissä PCR-menetelmissä on käytetty kohdegeeninä virulenssitekijöitä, kuten pneumolysiiniä, autolysiinia ja pneumokokin pinta-antigeeni A:ta koodaavia geenejä. Pneumokokki on yleinen korvatulehdusten aiheuttaja. Kliinisissä tutkimuksissa ksylitolin on havaittu vähentävän korvatulehduksia, mutta vaikutusmekanismi on vielä epäselvä. Ksylitolin on osoitettu vähentävän pneumokokin kasvua ja kiinnittymistä nenänielun soluihin ja sen vaikutus polysakkaridikapselin ulkomuotoon on osoitettu elektronimikroskopialla. Ksylitolin on myös todettu vähentävän biofilminmuodostusta Staphylococcus aureus, ja Pseudomonas aeruginosa –bakteereilla. Biofilmin muodostuksen on ehdotettu liittyvän krooniseen korvatulehdukseen. Aiemmissa tutkimuksissa pneumokokin on osoitettu muodostavan biofilmejä. Työn tarkoituksena oli tutkia kapseli- ja muiden virulenssigeenien merkitystä pneumokokki-infektion diagnostiikassa ja biofilminmuodostuksessa. Työssä kehitettiin uusi PCR-menetelmä pneumokokin kapselin osoittamiseksi ja sillä todettiin olevan käyttömahdollisuuksia keuhkokuumeen pneumokokkietiologiaa tutkittaessa. Yleisesti käytettyjä PCR-menetelmiä tutkittiin pneumokokki-isolaateilla ja havaittiin vakavia ristiriitoja näiden ja perinteisten, immunokemiallisten tunnistusmenetelmien välillä. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin ksylitolin vähentävän pneumokokin kapseligeenien ekspressiota ja biofilmin muodostusta. Sen sijaan glukoosi ja fruktoosi lisäsivät biofilmin muodostusta. Tutkimustulokset osoittivat ristiriidan perinteisten immunokemiallisten ja PCR-menetelmien välillä ja antavat aihetta uusien, tarkempien menetelmien käyttöönotolle pneumokokki-infektion diagnostiikassa. Tutkimuksen havainnot ksylitolin vaikutuksesta pneumokokin kapseligeeniekspressioon ja biofilmin muodostukseen voivat osittain selittää kliinisissä tutkimuksissa havaittua ksylitolin ehkäisevää vaikutusta korvatulehduksiin.

Abstract The purpose of this study was to evaluate the effect of antibiotic treatment and surgery on acute otitis media (AOM), and to evaluate quality of life (QoL) among children with AOM and their parents. To evaluate the effectiveness of antibiotics, a total of 82 children with AOM were randomized for antibiotic or placebo treatment for 7 days. The duration of middle ear effusion was measured by daily tympanometry screenings at home over 2 weeks. Duration was also measured at clinical visits, including at entry, after 3 days, after 7 days, and then weekly until both ears were healthy according to pneumatic otoscopy or otomicroscopy, or for a maximum of 2 months. Among the group receiving antibiotics, middle ear effusion disappeared 2.0 weeks earlier than among those receiving placebo (P<0.02). On day 14, 69% of children in the antibiotic group and 38% in the placebo group had normal tympanometry findings (P=0.02). On day 60, 5% of children in the antibiotic group and 24% in the placebo group had persistent middle ear effusion (P=0.01). The effect of surgery was assessed by randomly assigning 300 children with recurrent AOM, aged 10 months to 2 years, into 3 groups: 1. to receive ventilation tubes (VTs), 2. to receive VTs and adenoidectomy and 3. non-surgery. Follow-up of children occurred at clinical visits every 4 months for a 1-year period. If children suffered from upper respiratory symptoms or their parents suspected AOM during this period they were encouraged to receive additional follow-up care. Intervention was considered unsuccessful if a child had 2 AOM episodes in 2 months, 3 episodes in 6 months or persistent effusion lasting for 2 months. Intervention failed in 34% of children in the non-surgery group, 21% in the VT group (P=0.04 compared to non-surgery) and 16% in the group with VT and adenoidectomy (P=0.004 compared to non-surgery). QoL was assessed among 159 children participating in the study on the effect of surgery in children with recurrent AOM. We used disease-specific (Otitis Media-6) and generic instruments (Child Health Questionnaire-50) to measure QoL among children with AOM and their parents, and the effect of surgery on QoL. Children with AOM and their parents had a significantly poorer QoL than healthy children. QoL improved significantly at 1-year follow-up, but it did not reach the level observed in healthy children. Surgery did not have any additional impact on QoL. / Tiivistelmä Työn tavoitteena oli tutkia antibiootin ja kirurgian vaikutusta äkilliseen välikorvatulehdukseen sekä tutkia välikorvatulehduksia sairastavien lasten ja heidän vanhempiensa elämänlaatua. 82 äkillistä välikorvatulehdusta sairastavaa lasta satunnaistettiin saamaan joko antibiootti- tai lumelääkettä. Välikorvaeritteen poistumista seurattiin kotona päivittäisillä tympanometriamittauksilla kahden viikon ajan. Seurantakäynnit olivat yhden, kolmen ja seitsemän päivän kuluttua sekä viikoittain, kunnes korvat oli todettu terveiksi pneumaattisella otoskoopilla tai korvamikroskoopilla tai kahden kuukauden seuranta-aika päättyi. Välikorvaerite poistui kaksi viikkoa aikaisemmin antibiootti- kuin lumelääkkeellä (P<0.02). Tympanometria normalisoitui kahden viikon kuluttua 69 %:lla antibioottiryhmästä ja 38 %:lla lumelääkeryhmästä (P=0.02). 60 päivän kuluttua välikorvaeritettä oli 5 %:lla antibioottiryhmästä ja 24 %:lla lumelääkeryhmästä (P=0.02). Kirurgian vaikuttavuutta toistuviin äkillisiin välikorvatulehduksiin tutkittiin satunnaistamalla 300 10–24 kk:n ikäistä lasta saamaan ilmastointiputket tai sekä ilmastointiputket että kitarisanpoisto tai ei kumpaakaan. Seurantakäynnit olivat neljän kuukauden välein vuoden ajan tai aina kun lapset sairastuivat ylähengitystietulehdukseen tai vanhemmat epäilivät välikorvatulehdusta. Interventio katsottiin epäonnistuneeksi (äkillisiä välikorvatulehduksia 2 / 2 kk, 3 / 6 kk tai jatkuva erite 2 kk) 34 %:lla ilman kirurgiaa hoidetuista lapsista, 21 %:lla ilmastointiputkiryhmän lapsista (P=0.04 verrattuna ilman kirurgiaa hoidettuihin) ja 16 %:lla lapsista, joille tehtiin sekä kitarisan poisto että asetettiin ilmastointiputket (P=0.004 verrattuna ilman kirurgiaa hoidettuihin). Elämänlaadun, äkillisen välikorvatulehduksen sekä siihen liittyvän kirurgian välistä yhteyttä selvitettiin 159 lapsella, jotka osallistuivat kirurgian vaikuttavuutta selvittävään tutkimukseen. Elämänlaatua mitattiin sekä tautikohtaisilla (Otitis Media-6) että yleistä elämänlaatua (Child Health Questionnaire-50) mittaavilla kyselylomakkeilla. Äkillistä välikorvatulehdusta sairastavilla lapsilla ja heidän vanhemmillaan oli merkittävästi huonompi elämänlaatu kuin terveillä. Elämänlaatu parani merkittävästi vuoden seuranta-aikana, mutta ei saavuttanut terveiden tasoa. Kirurgia ei tuonut mitään lisähyötyä elämänlaatuun.