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Molekulare und strukturelle Analyse der Teichonsäurebiosynthese von Streptococcus pneumoniae und Bedeutung veränderter Teichonsäuren für die bakterielle Pathophysiologie

Fachliche Zuordnung Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
Analytische Chemie
Biologische und Biomimetische Chemie
Förderung Förderung von 2014 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258667519
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Teichonsäuren (TAs) sind wichtige Bestandteile der Zellwand von Streptococcus pneumoniae (Spn). Wir haben neue Einblicke in die TA-Biosynthese und -Modifikation sowie die Auswirkungen von Lipoteichonsäuren (LTA) auf die Pathophysiologie von Spn gewonnen. Wir konnten zeigen, dass SPD_1672 (Stamm D39)/SP_1893 (Stamm TIGR4), nun TacL genannt, die Lipoteichonsäure-Ligase in Spn ist. TacL-defiziente Mutanten wiesen einen vollständigen LTA-Verlust auf und waren in Mausmodellen deutlich in ihrer Virulenz beeinträchtigt, obwohl sie phänotypisch unauffällig waren. Um die Folgen des LTA-Fehlens zu untersuchen, wurden TacL-defiziente Mutanten (+ Komplementanten) hergestellt. Dies ergab, dass LTA für die Adhärenz von Spn an menschliche Epithelzellen sowie die Kolonisierung wichtig sind, sowie eine verringerte Membranfluidität und höhere Oberflächenhäufigkeit von Lipoproteinen (LPs) in TacL-Mutanten und deren erhöhte Anfälligkeit gegenüber antimikrobiellen Peptiden. LTA ist somit entscheidend für die Kolonisierung und erforderlich, um Pneumokokken wirksam vor den Wirts-Abwehrmechanismen zu schützen. Bisher ist kein quantitatives Membranlipidom von Spn verfügbar. Wir haben nun ein standardisiertes Verfahren für die Lipidom-Analyse von Spn etabliert und auf den Serotyp-2-Stamm D39 sowie drei isogene Mutanten (D39∆tacL, D39∆lgt, D39∆cps) angewendet. Alle Mutanten sind in der Biosynthese einer Zellwandkomponente (LTA, LPs bzw. Kapselpolysaccharid (CPS)) beeinträchtigt, sodass eine Veränderung des Lipidoms erwartbar war. Tatsächlich wies dann nur der ∆cps-Stamm eine erhebliche Veränderung des Lipidoms auf. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für künftige Lipidom-Untersuchungen, z. B. von nicht bekapselten, daher nicht typisierbaren klinischen Isolaten. Ferner haben wir Einblicke in die Wirkungsweise der LytR-Cps2A-Psr (LCP)-Proteine in Spn gewonnen. LCPs spielen eine semi-redundante Rolle bei der Anheftung der Wandteichonsäure (WTA) und des CPS an das Peptidoglykan. Ziel war es, die Auswirkungen von LytR, Cps2A oder Psr auf diese Anheftungen sowie auf die Virulenz zu entschlüsseln, wozu lcp-Einzel- oder Doppelmutanten in Spn D39 erzeugt wurden. Deren Phänotypen zeigten eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber verschiedenen Antibiotika und oxidativem Stress, sowie eine verringerte Virulenz in Infektionsmodellen. Die lytR-Mutante zeigte eine gestörte Zellteilung, die psr-Mutanten wiesen eine verringerte Menge an CPS auf. Der ∆cps2A∆psr-Stamm zeigte eine auffällige Heterogenität der CPS-Expression. Ein genomweiter CRISPRi-seq-Screen ergab, dass Gene der TA-Biosynthese während der Kompetenz entscheidend sind. V.a. LytR scheint wichtig für die WTA-Anheftung und zusammen mit ComM wesentlich zur Immunität gegen CbpD beizutragen. Die Entwicklung einer GC/MS-basierten Methode zur Quantifizierung von Pneumokokken-TAs wurde in diesem Projekt vorangetrieben und erste Experimente unterstrichen die Bedeutung von LytR für die WTA-Bildung.

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