Westfälische Wilhelms-Universität
Münster
|
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/ |
|
Forschungsschwerpunkte 2001 - 2002 Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät |
||||
Zelluläre Mikrobiologie von Staphylococcus aureus
Interaktion von Bakterien mit Wirtszellen und Extrazellulärer Matrix:Adhärenz,
zelluläre Invasion, intrazelluläre Replikation und Induktion von Apoptose. S. aureus
ist ein extrem vielseitiger Mikroorganismus, der eine ganze Reihe verschiedener Infektionen verursachen kann.
Diese Vielseitigkeit spiegelt sich in der großen Zahl verschiedener, aber auch teilweise redundanter
Virulenzfaktoren von S. aureus wieder. Abgesehen von Toxin-vermittelten Erkrankungen sind
dabei Adhärenz an Wirtsstrukturen (Zellen und Matrix), sowie Invasion von Wirtszellen von
entscheidender Bedeutung. Vor allem nach hämatogener Aussaat kann S. aureus
langwierige und schwierig zu behandelnde Infektionen (Endokarditis, Osteomyelitis) verursachen.
Inzwischen gibt es Befunde in vivo, die belegen, daß dies entscheidend mit der zellulären
Invasivität von S. aureus verknüpft ist. Intrazellulär vorliegende
Staphylokokken sind vermutlich vor der Wirtsabwehr und vielen Antibiotika geschützt. Andererseits
kann S. aureus Wirtszellen abtöten, sei es durch nekrotischen oder apoptotischen Zelltod.
Eine Reihe von Faktoren werden hierfür verantwortlich gemacht, jedoch ist die jeweilige Rolle bisher
noch recht wenig verstanden.
S. aureus-Invasion: Oberflächeninteraktion
von S. aureus mit nicht-professionellen Phagozyten: Der von uns und anderen Arbeitsgruppen
in den letzten Jahren in wesentlichen Zügen aufgeklärte Invasionsmechanismus von
S. aureus wird im Detail durch neuere Befunde erweitert. Unsere bisherigen Befunde ergaben,
daß die S. aureus-Invasion Ähnlichkeiten mit der professionellen Phagozytose
aufweist (F-Aktin-Polymerisierung, Reißverschlußmechanismus), und daß sowohl das
Fibronektin-bindende Protein A als auch B (FnBPA und FnBPB), als Invasin wirken. Die
Brückenbildung durch wirtseigenes Fibronektin zu Integrin a5b1 vermittelt dabei die Aufnahme in die Wirtszelle. Neben den bisher bekannten
Fibdronektin-bindenden D-Domänen der FnBPs ist offensichtlich die B-Domäne von FnBPA
entscheidend beteiligt. Wir untersuchen zur Zeit die FnBPs verschiednener Stämme auf ihre Funktion.
Obwohl Invasivität eine Eigenschaft von allen untersuchten klinischen Isolaten ist, scheint es
Unterschiede zu geben. Einzelne Laborstämme, aber auch einige MRSA-Isolate (Methicillin-resistenter
S. aureus) sind deutlich geringer invasiv. Wir untersuchen den Einfluß von strukturellen
Unterschieden der FnBPs und von anderen Oberflächenproteinen, wie z.B. Eap (extracellular
adherence protein) und Pls (plasmin-sensitive; in Zusammenarbeit mit Katri
Savolainen-Juuti und Pentti Kuusela, Helsinki, Finnland) auf die Invasivität.
S. aureusInvasion: Intrazelluläre Folgereaktionen und
Vesikel-Reifung: Analog wie bei professionellen Phagozyten, wird S. aureus in
vesikulären Strukturen internalisiert. Diese phagosomenähnlichen Vesikel durchlaufen ebenfalls
Reifungsprozesse: massive Ansäuerung und Phagosom-Lysosom-Fusion (LAMP-1). Wie erwartet, gibt
es hierbei Stamm- und auch Wirtszell-Unterschiede. Morphologisch scheinen manche
S. aureus Stämme dem Phagosom entkommen zu können. Inwieweit
nicht-professionellen Phagozyten effizient internalisierte Bakterien abtöten können untersuchen
wir derzeit. Hierbei ist die Rolle der ATPase ClpC, einem Chaperon der Hsp100-Familie besonders interessant,
da es neben der Invasivität auch intrazelluläre Vorgänge zu beeinflussen scheint
(Kooperation mit der Arbeitsgruppe Mathias Herrmann, Homburg/Saar).
Die Internalisierung von S. aureus durch eukaryonte Zellen als pathogenetischer
Mechanismus der persistierenden Infektion: Wir konnten zeigen, dass S. aureus von einer
respiratorischen Epithelzellinie internalisiert wurde. Nach einer Anpassungszeit begannen sich die Bakterien
intrazellulär zu teilen und induzierten auf diese Weise Apoptose. Diverse S. aureus
Laborstämme und Mutanten unterschieden sich in ihrem Potential internalisiert zu werden, sich
intrazellulär zu replizieren und Apoptose auszulösen. Insbesondere kommt auch hier den globalen
Regulatoren verschiedener Virulenzgene und deren Mutanten eine besondere Bedeutung zu.
Apoptose-Induktion durch S. aureus bei Leukozyten und nicht-professionellen Phagozyten:
In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Schulze-Osthoff (jetzt Düsseldorf) konnten wir
S. aureus a-Toxin als Induktor von Apoptose bei Jurkat-T-Zellen
identifizieren. Daran ist offensichtlich der mitochondriale Signalweg beteiligt, ohne den Rezeptor-vermittelten
Weg zu benötigen, da Jurkat die CD95-defizient, FADD-defizient, oder Caspase-8-defizient sind, sich
nicht erkennbar von WT-Zellen unterscheiden. Die Induktion von Apoptose ist begleitet von Freisetzung von
Cytochrom-c und einem reduzierten mitochondrialem Membranpotential. Überexpression von Bcl-2
kann die a-Toxin-induzierte Apoptose hemmen. Interessanterweise ist neben der
Effektorcaspase (Casp-3) und der mitochonrialen Initiatorcaspase (Casp-9) auch Casp-8 aktiviert. Für
die Induktion von Apoptose ist a-Toxin sowohl notwendig als auch hinreichend,
wie wir mit isogenen Mutanten zeigen konnten. Wir führen die Untersuchungen mit frisch isolierten
Mononukleären Zellen fort, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten mit nicht immortalisierten Zellen zu
identifiezieren. Daneben verwenden wir Endothelzellen, um zu untersuchen, welche Rolle Invasion bei der
Induktion von Apoptose durch S. aureus spielt.
Emp- und Eap-vermittelte Interaktion mit Matrix-Suprastruktur: Bisher ist weitgehend unbekannt, wie
Staphylokokken mit organisierten Matrixmakromolekülen interagieren. Unsere bisherigen Befunde
deuten auf eine offensichtlich hohe funktionelle Redundanz der löslichen Adhäsine Emp
(extracellular matrix protein-binding protein) und Eap (extracellular adherence
protein) in rekombinanter Form hin. Dies erschwert es, die jeweiligen Funktionen bei intakten
Staphylokokken zu untersuchen. Mittels einer Doppelmutante und selektiver Komplementierung
charakterisieren wir die isolierte Rolle der jeweiligen Proteine bei der Adhärenz intakter Kokken. Erste
Daten deuten auf eine komplexe Interaktion der S. aureus-Zellwand mit einzelnen
Matrixproteinen hin und damit auch mit Matrix-Suprastruktur. Diese Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit
Uwe Hansen und Peter Bruckner (Institut für Physiologische Chemie und Patobiochemie) und der
Arbeitsgruppe Mathias Herrmann (Homburg/Saar) durchgeführt. Außerdem wirkt Eap als
Immun-Modulator, indem es die Interaktion von ICAM-1 mit b2-Integrinen
stört. (Studien siehe auch Forschungsbericht-Punkt zum Thema "Identifizierung und molekulare
Charakterisierung von S. aureus-Genen")
Drittmittelgeber: Beteiligte Wissenschaftler: Veröffentlichungen: |
||||