Charakterisierung von Hypochlorsäure als physiologischer antimikrobieller Wirkstoff

• Antragsteller: Dr. Jan-Ulrik Dahl
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263098254

Der Befall durch pathogene Bakterien ruft im Wirtsorganismus eine Reihe von Verteidigungmechanismen hervor. Eine besonders effektive Verteidigungsstrategie von Säugetieren bei bakteriellem Befall ist die Bildung von hohen Mengen an Hypochlorsäure (HOCl), die nicht nur als Bestandteil des Bleichmittels im Haushalt sondern auch als sehr effektives Desinfektionsmittel Anwendung findet. Während Neutrophile die Bildung von HOCl nutzen um eindringende Mikroorganismen zu töten, wird dieses Oxidationsmittel von den Epithelzellen gebildet, um die bakterielle Kolonisation zu kontrollieren. Jüngere Untersuchungen haben HOCl als Verursacher von oxidativer Entfaltung, Inaktivierung und Aggregation zahlreicher essentieller Proteine in Bakterien identifiziert und bieten somit einen ersten Hinweis auf den Mechanismus, mit Hilfe dessen Bakterien durch HOCl getötet werden. Bakterien scheinen jedoch lebenswichtige Mechanismen entwickelt zu haben, die sie bei HOCl-Stress schützen und ihnen somit erlauben in Wirtsgeweben zu kolonisieren und Infektionen zu verursachen. Eingangsstudien haben ergeben, dass der Harnwegsinfekt verursachende, pathogene E. coli (UPEC) Stamm CFT073 eine deutliche höhere Resistenz gegenüber HOCl-Stress aufweist als herkömmliche E. coli K12 Stämme. Außerdem besitzen UPEC-Stämme die Fähigkeit zur Bildung von Biofilmen, die ihnen einen Schutz gegen die natürlichen Verteidigungsstrategien des Wirtsorganismus bieten und somit zu ihrer Resistenz gegenüber HOCl beitragen. Das Ziel der Untersuchungen dieses Antrags ist, ausgewählte UPEC-spezifische Gene, die zu einer erhöhten Resistenz von CFT073 gegen HOCl im planktonischen Zustand und/oder im Biofilm beitragen, zu identifizieren und charakterisieren. Grund dafür ist unsere Hypothese, dass eine Verringerung der HOCl-Resistenz von CFT073 zwangsläufig mit einer niedrigeren Pathogenität einhergeht. Ich werde ausgewählte UPEC-spezifische Genprodukte, die am stärksten zu der erhöhten HOCl-Resistenz von CFT073 beitragen, biochemisch charakterisieren und ihre in vivo Funktion unter HOCl-Stress mittels entsprechender Mutantenstämme bestimmen. Wir werden zudem durch Einsatz entsprechender Mutantenstämme in einem Harnwegsinfekt-verursachenden Maus-Modell untersuchen, welche UPEC-spezifischen Genprodukte essentiell für die Pathogenität von CFT073 sind. Diese Proteine werden dann zukünftig als Zielobjekt für Pharmakon Screenings eingesetzt. Ich werde mittels breitgefächerter biochemischer und genetischer Ansätze ein detailliertes Verständnis darüber entwickeln, wie Bakterien auf HOCl antworten bzw. sich gegen dieses sehr effektive Oxidationsmittel verteidigen, und darüberhinaus Mechanismen entwickeln, die die Anfälligkeit von pathogenen Bakterien gegenüber HOCl erhöhen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Ursula Jakob