Die Rolle des ESX-4 Typ VII Sekretionssystem in dem pathogenen Bakterium M. abscessus im interspezifischen Wettkampf von Bakterien.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Mycobacterium abscessus ist ein problematisches Pathogen, das insbesondere Patienten mit Mukoviszidose befällt. Einmal infiziert, sind die Heilungschancen sehr gering aufgrund der Resistenz gegen viele Antibioka, was ebenfalls ein Hindernis für Lungentransplantationen darstellt. Die meisten Infektionen treten in der späten Kindheit auf. Deshalb muss M. abscessus wirksame Mechanismen entwickelt haben, um die präsente Lungenmikrobiota zu überwinden. Eine Strategie könnte die Sekretion von antibakteriellen Toxinen über das Typ-7-Sekretionssystem (T7SS) sein. Es wurde gezeigt, dass grampositive Bakterien das T7SS nutzen, um Toxine wie DNasen und Lipasen für den bakteriellen Konkurrenzkampf freizusetzen. Diese Funktion wurde jedoch noch nicht dem mykobakteriellen T7SS zugewiesen. Mykobakterien können bis zu fünf T7SS enthalten, welche als ESX1 bis ESX5 bezeichnet werden. ESX4 ist das älteste T7SS, und bisher konnte diesem keine spezifische Funktion in M. tuberculosis zugeschrieben werden. M. abscessus besitzt nur ESX3 und ESX4, und die bisherige Literatur verweist darauf, dass diese Systeme für die Immunmodulation und das Überleben sowie die Replikation im Wirt verantwortlich sind. Meine bioinformatische Untersuchung schreibt dem ESX4 von M. abscessus allerdings eine weitere Rolle zu. Es konnten Gencluster identifiziert werden, die mit dem ESX4 in Verbindung stehen. Diese Cluster besitzen ein Protein, welches ein typisches T7- Sekretionsmotiv besitzt, sowie eine Toxindomäne. Etwa 40 dieser Gene wurden im Stamm M. abscessus ATCC19977 identifiziert. Ihre antibakteriellen Domänen werden als DNasen, RNasen, Peptidoglykan-Hydrolasen usw. vorhergesagt. Ziel meines Projekts ist es daher zu zeigen, dass M. abscessus antibakterielle Toxine über das T7SS-ESX4 für den bakteriellen Wettbewerb freisetzt. Um meine Hypothese zu testen, habe ich das Protein MAB_1832 aus M. abscessus ATCC19977 Stamm ausgewählt. Dieses Protein weist ein N-terminales T7-Sekretionssignal und eine Toxindomäne auf, die einer Peptidoglykan-Hydrolase entspricht. Folglich habe ich Mutanten des T7SS ESX3 und ESX4 in M. abscessus ATCC19977 generiert um Sekrektionsassays durchzuführen. MAB_1832 wurde dabei unter der Regulation eines L-Arabinose Promotors exprimiert. Meine Ergebnisse deuten auf eine Sekretion des antibakteriellen Toxins durch das ESX4 hin. Zusätzlich exprimierte, reinigte und kristallisierte ich MAB_1832 in E. coli und zeigte eine Interaktion mit seinem kleinen WxG-Partner sowie seinem Immunitätsprotein auf. Dieses Protein wird benötigt um das Bakterium vor Selbstvergiftung zu schützen. Leider diffraktieren die Kristalle bisher nicht gut genug, um eine Struktur zu bestimmen. Daher werden Kristallisationsansätze weiterhin optimiert. Ebenfalls führte ich Experimente zur Aktivität und Toxizität von MAB_1832 durch. Bisher konnte ich keine Aktivität von MAB_1832 mit gereinigtem Peptidoglykan aus Mycobacterium smegmatis feststellen. Allerdings zeigten Toxizitätstests in M. smegmatis, in denen MAB_1832 unter der Kontrolle eines L-Arabinose- Promotors exprimiert wurde, Toxizität. Meine bisherigen Ergebnisse unterstützen meinen Projektplan. Allerdings sind weitere Experimente erforderlich, um meine Hypothese zu validieren und zu stärken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A type VII-secreted lipase toxin with reverse domain arrangement. Nature Communications, 14(1).
Garrett, Stephen R.; Mietrach, Nicole; Deme, Justin; Bitzer, Alina; Yang, Yaping; Ulhuq, Fatima R.; Kretschmer, Dorothee; Heilbronner, Simon; Smith, Terry K.; Lea, Susan M. & Palmer, Tracy
