Westfälische Wilhelms-Universität
Münster
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Institut für Medizinische Mikrobiologie Domagkstr. 10 48149 Münster Direktor: Prof. Dr. Georg Peters |
Tel. (0251) 83-55360
Fax: (0251) 83-55350 e-mail: medmibi@uni-muenster.de www: http://medweb.uni-muenster.de/institute/medmikrobio/ |
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Forschungsschwerpunkte 2001 - 2002 Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät |
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Biologie von Infektionen durch Small Colony-Variants (SCVs) von Staphylokokken
Nach bisherigem Verständnis ist S. aureus im Wirt primär ein extrazellulär
überlebender und proliferierender Erreger mit hohem pathogenen Potential.
S. aureus-Infektionen können jedoch auch ausgeprägt chronisch-persistierend mit
begrenzter Aggression und entsprechend limitierter inflammatorischer Wirtsreaktion verlaufen, obwohl der
verursachende S. aureus-Stamm das gesamte Potential der entsprechenden "akuten" Virulenzfaktoren
besitzt. Durch die Beobachtung, daß bestimmte chronische Verläufe von
S. aureus-Infektionen mit der Isolierung phänotypischer
S. aureus-Varianten, die intrazellulär persistieren können, assoziiert sind, konnte ein
neues Konzept im Verständnis dieser chronisch-persistierenden Verlaufsformen erarbeitet werden.
Diesem Konzept zugrunde liegen die aufgrund ihres reduzierten Wachstums auf soliden Nährmedien als
"Small Colony Variants" (SCVs) bezeichneten phänotypischen Varianten. SCVs von
S. aureus repräsentieren Subpopulationen der Spezies mit vom normalen Phänotyp
abweichenden Charakteristika. In grundlegenden Untersuchungen konnten wir eine Assoziation von
Elektronentransportdefekten (z.B. in der Häminbiosynthese) und dem SCV-Phänotyp aufdecken
sowie Hinweise für spezifische Veränderungen in der Expression von Virulenzfaktoren aufzeigen.
Zur Analyse der Expression von Virulenzfaktoren bei SCVs wurden Mutanten in einem
Häminbiosynthesegen (hemB) konstruiert, die den Phänotyp der SCVs widerspiegeln. Bei
Untersuchungen zur Fibrinogen- und Fibronectin-vermittelte Adhäsion konnten wir anhand dieser
Mutanten nachweisen, daß die Adhäsion sowohl zu Fibrinogen- als auch zu Fibronectin-beladenen
"Coverslips" im Vergleich zum isogenen Elternstamm signifikant stärker ausgeprägt war. In
weiteren Untersuchungen zeigte sich, daß die hemB-Mutante mehr anti-ClfA-Antikörper
und FITC-markiertes Fibronectin bindet. Auch konnten wir darstellen, daß sowohl RNAIII-positive als
auch RNAIII-negative hemB-Mutanten effizienter durch humane embryonale Nierenzellen
internalisiert werden als die entsprechenden Elternstämme (in Zusammenarbeit mit der AG Vaudaux,
Genf).
In einer weiteren Studie wurden die physiologischen Grundlagen im Zusammenhang mit der besonderen
Antibiotikaresistenz der SCVs untersucht. Bei Wachstum in chemisch definiertem Medium (CDM) fiel der
DY-Wert bei den SCV-Isolaten (im Gegensatz zu
isogenen Elternstämmen mit normalem Phänotyp) unverzüglich auf einen Bereich unter
-100 mV, wenn Glukose verbraucht und andere Stoffe wie Acetat und Laktat kein weiteres Wachstum mehr
ermöglichten. Dementsprechend fiel bei den SCVs auch die Empfindlichkeit gegenüber
Aminoglykosiden um einen Faktor zwischen 10 und 30 ab. Wenn für die Empfindlichkeitsprüfung
CDM verwendet wurde, variierte die Antibiotikasensitivität der SCVs entsprechend der Höhe des
DY (in Zusammenarbeit mit der AG Sahl, Bonn).
In zwei Tiermodellen wurden die konstruierten hemB-Mutanten (in einem Tiermodell zusätzlich
eine menD-Mutante mit einem Defekt in einem der Menadion-Gene) mit SCV-Phänotyp auf ihre
Virulenz im Vergleich zu den isogenen Elternstämmen mit normalen Phänotyp untersucht. In
einem Model der septischen Arthritis mit MMRI-Mäusen wiesen die mit der Mutante infizierten
Mäuse eine höhere Frequenz und eine signifikant stärkere Ausprägung der Arthritis
auf, allerdings bei signifikant niedriger bakterieller Last in den untersuchten Nieren und Gelenken. In einem
Kaninchen-Endokarditis-Modell wies die hemB-Mutante eine vergleichbare Infektiosiät wie der
isogene Elternstamm auf, jedoch wurden im Vergleich zu einer menD-Mutante keine persistierenden
Bakterien in der Niere nachgewiesen (in Zusammenarneit mit den AGs Tarkowski, Göteborg; Bayer,
Los Angeles; Proctor, Madison).
Da in früheren Studien gezeigt werden konnte, daß SCVs durch Antibiotika (z.B. Gentamicin,
Trimethoprim-Sulfamethoxazol [TMP/SMZ]) induziert bzw. selektioniert werden können, wird z.Z. eine
Studie durchgeführt, die sich mit der Prävalenz von SCVs bei Patienten mit AIDS unter
TMP/SMZ-Prophylaxe befaßt. Kürzlich konnten wir erstmals S. aureus SCVs unter
Einsatz einer 16S rRNA Hybridisierung auch in situ direkt aus klinischem Untersuchungsmaterial
nachweisen. Ein neuer Zugang zum Studium des SCV-Phänotyps auf der Basis der micro-Array-Technik
(Gene chips) wird derzeit etabliert.
Weitere Studien zum SCV-Phänotyp, siehe Forschungsbericht-Punkte zu den Themen "Mukoviszidose"
und "Resistenz".
Drittmittelgeber: Beteiligte Wissenschaftler: Veröffentlichungen: |
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