Identifizierung von Streptococcus phocae-Pathotypen durch den Vergleich von Virulenz-assoziierten Merkmalen von Seehund-Isolaten in primären Lungen-Epithelzell-Modellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Meeressäuger sind Indikatoren für den Zustand mariner Ökosysteme. Sie werden durch eine Vielzahl von Faktoren bedroht, unter anderem Infektionskrenkhaiten. Diese stehen in Verdacht, mit dem Klimawandel und anderen Bedrohungen, die das Immunsystem von Säugetieren schwächen, z.B. chemische Verschmutzung, zuzunehmen. Einer der häufigsten Bakterien, die von Meeressäugern isoliert werden, sind beta-hämolytische Streptokokken, darunter Streptococcus phocae. S. phocae ist auch bekannt als Krankheitserreger von Nerzen, Seeottern und dem Atlantischen Lachs. Während es von mindestens 16 Arten marine Säuger isoliert wurde, ist seine Pathogenität und die Beteiligung am Krankheitsverlauf in Meeressäuger weitestgehend unbekannt. Dieses Projekt hatte zum Ziel, durch die Kombination von Genomsequenzierung und Infektionsexperimenten, insbesondere Adhärenz, Invasion, Zelltoxizität und die Produktion von Zyokinen, verschiedene Pathotypen von S. phocae aus Meeressäugern zu identifizieren. Wir waren außerdem noch an der Fähigkeit von S. phocae, in wirtsspezifische Umgebungen, also Blut und Meerwasser zu überleben, interessiert. Wir haben die Genome von 19 Isolaten sequenziert und basierend auf ihrer Koloniemorphologie, Hämolyse, Wirt und genetischen Unterschieden, drei unterschiedliche Isolate von ihnen ausgewählt, um all die Experimente durchzuführen. Die Isolate stammen von Seehunden, Kegelrobben und einem Schweinswal. Unsere Ergebnisse zeigen, dass S. phocae für mindestens 11 Tage bei 16 °C und 28 Tage bei 4°C im Meerwasser überleben kann. Es ist zudem fähig sich im Blut von Seehunden, nicht aber von Schweinen zu vermehren. Außerdem zeigt S. phocae Adhärenz und Invasion bei Zellen von Seehunden und Schweinen, wobei der Anteil der invasiven Bakterien bei Seehund-Zellen höher liegt als bei Schweine-Zellen. Makrophagen von Seehunden waren effizienter darin, S. phocae abzutöten als Makrophagen aus dem Schwein. Genomanalysen der 19 Isolate haben ein „Kerngenom“ von bis zu 1.434 Genen und je nach Isolat 8-787 einzigartige Gene offenbart. Es wurden unterschiedliche Genprofile von Virulenzfaktoren – typisch für Streptokokken – identifiziert. Zusammen mit unterschiedlichen Phänotypen, kann man von unterschiedlichen Pathotypen ausgehen. Zwei der drei auserwählten Isolate zeigten eine deutliche stärkere Hämolyse und Zelltoxizität, sowie eine höhere Produktion von Zytokinen durch Makrophagen, als das dritte Isolat. Genetische Analysen zeigten, dass Streptolysin O, ein bekanntes Zelltoxin und Hämolysin, in den zwei ersten Isololaten vohanden ist, nicht aber in letzterem. Dies steht demnach in Verdacht eines der Schlüsselgene für die Virulenz von S. phocae zu sein. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass S. phocae über erfolgreiche Strategien verfügt, sich an den Lebensraum Meer und dem Seehund als Wirt anzupassen. Diese Arbeit verbindet zum ersten Mal genetische und phänotypische Charakterisierungen von S. phocae aus Meeressäugern und offenbart zumindest zwei unterschiedliche Pathotypen, sowie erste Einblicke in seine Pathogenität. Diese Daten bilden das Fundament für zukünftige Studien, die helfen sollen, die Wechselwirkungen zwischen S. phocae mit seinem Wirt besser zu verstehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Streptococcal Infections in Marine Mammals. Microorganisms, 9(2), 350.
Numberger, Daniela; Siebert, Ursula; Fulde, Marcus & Valentin-Weigand, Peter
