Strukturelle Variation der Wandteichonsäure-Polymere von Staphylococcus epidermidis und ihre Bedeutung für Kolonisation, Virulenz, und Pathogen-Evolution

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Peschel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410190180

Staphylococcus epidermidis ist ein Hauptbestandteil der menschlichen Mikrobiome von Haut und Nase und ein häufiger Erreger opportunistischer Infektionen. Manche klonale Linien sind besonders häufig Auslöser von Krankenhausinfektionen aber die Ursachen für die besonderen Kolonisations-, Ausbreitungs- und Virulenzeigenschaften dieser Stämme sind noch weitgehend ungeklärt. S. epidermidis-Infektionen sind oft schwer behandelbar, weil die meisten Stämme das mobile genetische Element (MGE) SCCmec enthalten, das Resistenz gegen b-Lactamantibiotika vermittelt. SCCmec kann durch Phagen auf Staphylococcus aureus übertragen werden, was die Evolution Methicillin-resistenter S. aureus (MRSA) fördert. Tranduzierende Phagen sind allerdings meist strikt speziesspezifisch und es ist bislang rätselhaft, wie sie MGEs von S. epidermidis auf S. aureus übertragen können.Unsere Arbeitsgruppen in Shanghai und Tübingen kooperieren seit Jahren zur Biologie und Pathogenität von Staphylokokken. Vom Tübinger Labor wurde beschrieben, dass Phagen die speziesspezifische Struktur der Wandteichonsäure (WTA), einem Glykopolymer auf der Oberfläche der Staphylokokken, zur Wirtserkennung nutzen. Nach unpublizierten Erkenntnissen enthalten ca. 10% der S. epidermidis-Isolate, darunter besonders viele nosokomiale Stämme, zusätzliche Gene (tarIJLM), die die Bildung von S. aureus-ähnlicher WTA vermitteln und den MGE-Transfer durch S. aureus-Phagen erlauben. Die Expression von tarIJLM führte auch zu stark reduzierter Bindung von S. epidermidis an Epithelzellen, was unsere Vorarbeiten zur Bedeutung der WTA-Struktur für die nasale Kolonisation unterstützt und für eine Rolle der WTA-Variation beim Shift vom kommensalischen zum pathogenen Verhalten spricht. Diese Daten werden durch Untersuchungen des Shanghaier Labors zur Evolution nosokomialer S. epidermidis-Klone und zur bedeutenden Rolle von tarIJLM für die Virulenz im Tiermodell bestärkt. In einem gemeinsamen Forschungsansatz wollen wir die Rolle der tarIJLM-vermittelten WTA-Modulation für die Epithelkolonisation, die Immunevasion und den MGE-Austausch von S. epidermidis erforschen. Durch Konstruktion definierter Mutanten sollen Struktur-Wirkungsbeziehungen der WTA-vermittelten Epithelzellbindung von S. epidermidis analysiert werden. Zudem soll der Einfluss der veränderten WTA auf die Erkennung durch Antikörper und Komplementfaktoren in humanen Antiseren in in-vitro und in-vivo-Infektionsmodellen untersucht werden. Die Charakterisierung großer S. epidermidis-Kollektionen von Haut, Nase und Infektionen soll eine Assoziation individueller WTA-Strukturen mit der Habitatspezifität und Invasivität erlauben. Unser Projekt soll neue Erkenntnisse zur Ökologie und Evolution eines wichtigen Pathogens liefern und Möglichkeiten zur besseren Kontrolle von S. epidermidis-Infektionen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Min Li