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Zielsetzung und Fragestellung: Frakturassoziierte Infektionen (FRI) stellen weiterhin eine zentrale Herausforderung in der Unfallchirurgie dar und werden häufig durch Staphylococcus aureus (S. aureus) verursacht. Die klinischen Verläufe reichen von akuten, systemischen Infektionen über chronische, persistierende Verläufe. Neben Wirtsfaktoren scheint insbesondere die bakterielle Virulenz die Krankheitsdynamik zu bestimmen. Ziel dieser Arbeit war die vergleichende Analyse der in-vivo-Transkriptionsdynamik virulenzassoziierter Gene klinischer S. aureus-Isolate sowie deren Einfluss auf Pathogenese und Wirtsimmunantwort in implantatassoziierten Infektionsmodellen.

Material und Methoden: Untersucht wurden zwei klinische S. aureus-Isolate mit unterschiedlichem Virulenzprofil (EDCC 5458: hochvirulent; EDCC 5464: niedrigvirulent). Die Genexpression virulenzassoziierter Faktoren (u.a. hlgA, hlgB, hlgC, scn, sak, aur, sarA) wurde mittels RT-qPCR unter in-vitro-Bedingungen (planktonisch, Biofilm) sowie in vivo im Galleria mellonella-Infektionsmodell analysiert. Implantatassoziierte Infektionen wurden mithilfe von K-Drähten simuliert. Zusätzlich erfolgten die Quantifizierung der Bakterienzahl, die Analyse der Larvenüberlebensrate sowie die Bestimmung immunassoziierter Wirtsmarker.

Ergebnisse: Unter planktonischen Bedingungen in vitro zeigte der hochvirulente Stamm EDCC 5458 eine deutliche Hochregulation der γ-Hämolysin-Gene während der Wachstumsphase, während EDCC 5464 keine relevanten Expressionsänderungen aufwies. Im hämatogenen Infektionsmodell zeigte sich kein signifikanter Unterschied in der Larvenüberlebensrate zwischen beiden Stämmen. Im biofilmassoziierten Infektionsmodell war die Überlebensrate jedoch signifikant niedriger in der mit Stamm EDCC 5458 infizierten Gruppe (13,3%) als in der mit Stamm EDCC 5464 infizierten Gruppe (46,6%; p ≤ 0,01). Beide Stämme wiesen während der Biofilmbildung eine reduzierte Expression virulenzassoziierter Gene auf. Nach in-vivo-Biofilm-Reifung zeigte sich jedoch eine deutliche stammspezifische Differenz mit einer ≥ 2,5-fach erhöhten Expression der γ-Hämolysin-Gene bei Stamm EDCC 5458. Parallel zeigte dieser Stamm eine stärkere Proliferation mit höheren Keimlasten auf dem Implantat (0,5–2,0 log10 CFU/Implantat) sowie im umgebenden Gewebe (0,3–1,0 log10 CFU/Larve; p < 0,05) und korrespondierend eine ausgeprägtere Wirtsimmunantwort.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen eine dynamische Regulation der Virulenzexpression bei S. aureus in implantatassoziierten Infektionen. Unterschiede zwischen hoch- und niedrigvirulenten Stämmen spiegeln sich insbesondere in der Aktivierung zytotoxischer Faktoren und der Wirtsimmunantwort wider. Das etablierte Galleria mellonella-Modell ermöglicht eine standardisierte in-vivo-Analyse bakterieller Transkriptionsprofile bei FRI und liefert wichtige Einblicke in Wirt-Pathogen-Interaktionen. Langfristig kann dieses Konzept zur Entwicklung virulenzgerichteter Therapieansätze und verbesserter diagnostischer Strategien bei muskuloskelettalen Infektionen beitragen.