Molekulare und prä-klinische Charakterisierung Sphingosin-vermittelten Todes von Pseudomonas aeruginosa

• Antragsteller: Professor Dr. Erich Gulbins
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444075382

Pseudomonas aeruginosa ist ein klinisch sehr wichtiges pathogenes Bakterium, das akute und chronische Infekte insbesondere der Lunge induziert. Wir konnten zeigen, dass Sphingosin in Epithelzellen des Respirationstrakts gesunder Menschen bzw. Wildtypmäusen hoch exprimiert wird, während Sphingosin in den entsprechenden Epithelzellen des Respirationstrakts von Patienten/innen mit CF bzw. in genetisch veränderten, CFTR-defizienten Mäusen kaum detektierbar war. Sphingosin tötet bereits in nano- bis mikromolaren Konzentrationen verschiedene Pathogene, wie z.B. P. aeruginosa, S. aureus, A.r baumannii, H. influenzae, M. catarrhalis, M. abscessus und Burkholderia Stämme. Diese Pathogene haben eine hohe klinische Bedeutung, insbesondere bei bakteriellen Pneumonien. In der vorherigen Antragsperiode konnten wir in biochemischen und genetischen Studien zeigen, dass Sphingosin bakteriellen Tod induziert, indem es primär an Cardiolipin von P. aeruginosa bindet und einen unkontrollierten Abbau bakteriellen Cardiolipins über das Maintenance of Lipid Asymmetry (Mla)-System induziert. Das Mla System dient normalerweise dem Erhalt der Asymmetrie von Lipiden insbesondere in der äußeren Membran gramnegativer Bakterien. Im vorliegenden Antrag soll untersucht werden, ob (i) Sphingosin an Cardiolipin in der inneren Schicht der äußeren bakteriellen Membran bindet und dadurch eine Translokation von Cardiolipin in die äußere Membranschicht und den Abbau von Cardiolipin induziert; (ii) Sphingosin an LPS bindet und über diese Bindung die Translokation von Cardiolipin in die äußere Schicht der äußeren Membran und den Abbau von Cardiolipin induziert; (iii) Sphingosin den Abbau von Cardiolipin auslöst, indem es den MlaZ-vermittelten Transport und/oder die MlaY-Lipase-Aktivität direkt erhöht; (iv) Sphingosine andere Lipidtransporter wie MlaA, die dem Recycling von Cardiolipin dienen, blockiert und damit den Abbau von Cardiolipin indirekt erhöht; (v) Sphingosin das Cardiolipin direkt aus der äußeren und/oder inneren Membran extrahiert und den Abbau induziert und (vi) Sphingosin die Bindung von Cardiolipin an Proteine der Atmungskette hemmt und damit den bakteriellen Energiestoffwechsel blockiert. Im zweiten Ziel des vorliegenden Antrages wollen wir die Daten über Sphingosin in präklinische Modelle translatieren und untersuchen, ob und wie (i) Sphingosin multiresistente klinische P. aeruginosa Isolate tötet; (ii) Sphingosin auch unter hypoxischen Bedingungen aktiv ist, (iii) Sphingosin synergistisch mit Polypeptid-Antibiotika durch die Veränderung der bakteriellen äußeren Membran wirkt und (iv) Spingosin P. aeruginosa in explantieren Lungenpräparaten von Patienten/innen mit CF oder COPD tötet. Zusammenfassend sollen im vorliegenden Antrag, erstens, molekulare Mechanismen, wie Sphingosin P. aeruginosa insbesondere über das Mla-System tötet, identifiziert, und, zweitens, versucht werden, Sphingosin als potentielles Antibiotikum für die Klinik zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen