Analyse der Zellwandarchitektur und des Zellwandmetabolismus eines Vancomycin-resistenten Staphylococcus aureus-Stammes

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriele Bierbaum
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279112404

Staphylococcus aureus ist ein pathogenes Bakterium, das eine Vielzahl von Krankheitsbildern erzeugt und für seine Antibiotikaresistenz berüchtigt ist. Die Glykopeptidantibiotika Vancomycin oder Teicoplanin und das Lipopeptidantibiotikum Daptomycin werden häufig gegen Infektionen durch Methicillin-resistente S. aureus Stämme (MRSA) eingesetzt, die besonders in Krankenhäusern als Erreger von nosokomialen Infektionen auftreten. Durch Mutationen kann eine intermediäre Resistenz gegen Vancomycin/Teicoplanin (sog. VISA-Phänotyp) und Daptomycin entstehen. Weiter konnte gezeigt werden, dass eben diese Mutationen auch eine Kreuzimmunität gegen die kationischen Peptide, die unsere körpereigenen Antibiotika darstellen (z. B. das antimikrobielle Peptid LL-37), verleihen können. In dem hier beantragten Projekt soll die Zellwandstruktur dieser Stämme untersucht werden. S. aureus VC40 ist ein Stamm der eine volle Resistenz gegen beide Antibiotika zeigt (MHK gegen Vancomycin: 64 µg/ml und MHK gegen Daptomycin: 4 µg/ml). Die Genomsequenz dieses Stammes ergab, dass unter anderem Mutationen in den Histidinkinasen VraS und WalK vorliegen. Es handelt sich dabei um sensorische Proteine, die in der Zytoplasmamembran sitzen, bis jetzt unbekannte Signale erkennen und Prozesse des Zellwandstoffwechsels regulieren. Das Genexpressionsprofil des Stammes zeigte, dass die Expression einer Reihe von Proteinen, die durch die beiden Kinasen reguliert werden, in Stamm VC40 hochreguliert ist. Die Rekonstitution der Mutation in VraS aus dem Stamm VC40 in einen empfindlichen S. aureus Stamm führte bei diesem zu einer Zunahme der Resistenz gegen Vancomycin, Teicoplanin, und Daptomycin. Dabei wurden MHK-Werte erreicht, die für VISA (Vancomycin intermediär resistenter S. aureus) charakteristisch sind. S. aureus VC40 und die vraS Mutante von Stamm S. aureus NCTC 8325 sind durch eine verdickte Zellwand und eine verminderte Autolyse charakterisiert. Um den Resistenzmechanismus weiter zu charakterisieren und Aufschlüsse über den Einfluss des VraSR und WalRK-Systems auf die Zellwandarchitektur zu erhalten, soll in dem beantragten Projekt die Zusammensetzung des bakteriellen Peptidoglykans, der Teichonsäuren und Lipoteichonsäuren in dem resistenten Stamm VC40, den abgeleiteten Mutanten, einem klinischen Isolat und Stämmen, die VraSR und WalKR überexprimieren, analysiert werden. Ebenfalls wird die Aktivität der autolytischen Enzyme, die die Abbau- und Aufbauprozesse in der Zellwand kontrollieren, zusammen mit ihrer Rolle für die Resistenz untersucht werden. Als weiterer Punkt ist die eine Untersuchung des Membranproteoms und der Zusammensetzung der extrazellulären Proteoms der Zellen vorgesehen. Am Ende der Untersuchungen sollte damit gezeigt sein, welchen Einfluss die Zweikomponentensysteme VraSR und WalRK auf die Zellwandarchitektur und -Metabolismus ausüben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jacques Schrenzel