Entwicklung bakterieller Autolysestämme zur Messung der angeboren Immunantwort, die durch die Produktion lokaler, auf Schleimhautoberflächen aktiver Mediatoren ausgelöst wird
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Typ-VI-Sekretionssystem (T6SS) ist eine spritzenartige Nanomaschine, die einem invers ausgerichteten, kontraktilen Phagenschwanz ähnelt und bei ~25% der bisher sequenzierten gramnegativen Bakterien aufzufinden ist. Diese Maschine ermöglicht es Effektormoleküle von einer prokaryotischen Zelle in eine andere Bakterienzelle oder eukaryontische Zellen zu translozieren, um diese entweder abzutöten oder deren zellbiologischen Prozesse zu verändern. Vibrio cholerae, der Erreger der Durchfallerkrankung Cholera, nutzt sein T6SS, um kommensale Bakterien im Darm anzugreifen. Die Injektion toxischer T6SS-Effektoren in empfindliche „Beute“-Zellen führt höchstwahrscheinlich zur Freisetzung deren Inhalts durch induzierte Lyse. Dieses Lysat ist vermutlich reich an Molekülen, die pathogenassoziierte molekulare Muster (PAMPs) aufweisen, wie beispielsweise Fragmente von Lipopolysaccharid (LPS) und Peptidoglycan (PG). In eukaryotischen Zellen werden PAMPs durch Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) erkannt, die Signaltransduktionskaskaden zur Ausschüttung entzündlicher Zytokine initiieren. Die Aktivität des T6SS von V. cholerae in vivo wurde mit Immunreaktionen des Wirts und einer verstärkten Virulenzgenexpression von V. cholerae assoziiert. Dies deutet darauf hin, dass das Abtöten von sensitiven Beutezellen vom Wirt wahrgenommen wird und dass diese daraus resultierenden Veränderungen im Darmökosystem die Pathogenität von V. cholerae modulieren. Um die Rolle der Zelllyse bei der Veränderung des Darmschleimhautmilieus des Wirts zu untersuchen, habe ich zwei orthogonale Strategien entwickelt, um „biologische Signalverstärker“ zu entwickeln. Hierbei werden eine Vielzahl unterschiedlicher PAMPs erzeugt, die Transkriptionsänderungen im Darmschleimhautmilieu provozieren. In einem System habe ich das CRISPR- Interferenzsystem (CRISPRi) für die gezielte Transkriptionshemmung von essenziellen Genen in V. cholerae angepasst. Als zweiten Ansatz nutzte ich Mureinhydrolasen als enzymatischen Schalter für die kontrollierte Lyse von Bakterien. Die Anwendung dieser Techniken deckte unerwartete Wirtsreaktionen auf, die das Krankheitsbild der Cholera verstärkten. Unser Ansatz bietet somit eine einzigartige neue Möglichkeit, um die Reaktion von freigesetzten PAMPs auf Schleimhautoberflächen zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Poster flash talk and poster presentation at the Microbial Adhesion and Signal Transduction Gordon Research Conference (July 2023, US) Title: Programming bacterial lysis in vivo: Application in stimulating innate immune responses on mucosal surfaces
Mareike Lembke
