Der Einfluss von Streptokinase auf die Biofilm-Heterogenität von Gruppe G Streptokokken

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lalk; Professor Dr. Nikolai Siemens
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503880638

Streptococcus dysgalactiae subspecies equisimilis (SDSE) ist ein kommensaler Bestandteil der menschlichen Mikrobiota und galt als weniger pathogen als andere Streptokokken. Neue Studien zeigen, dass SDSE auch invasive Infektionen verursachen. Biofilme werden nicht als ein potenzielles Problem bei Streptokokkeninfektionen beschrieben, da diese in der Regel mit chronischen Infektionen in Verbindung gebracht werden. Wir haben "dicke" Biofilme in den Hautgewebebiopsien von Patienten beobachtet, die mit SDSE und anderen Streptokokken infiziert waren. Darüber hinaus sind diese Biofilmgemeinschaften von heterogener, multizellulärer Natur. Konfokale CLSM-Analysen zeigten, dass die SDSE-Biofilme aus zwei Populationen bestehen. Die erste Population, eine metabolisch inaktive, ist für zytosolische Sonden durchlässig, die zweite nicht. Unsere Daten zeigen, dass die zweite Population von Natur aus versatil ist. Sie kann innerhalb der Biofilme verbleiben oder sich in das umliegende Gewebe ausbreiten. SDSE sezernieren Streptokinase (Ska). Bislang ist nur eine Funktion von Ska bekannt. Es bindet menschliches Plasminogen und dieses Proteinkomplex löst Fibrinstrukturen auf, wodurch sich SDSE im Gewebe ausbreiten kann. Invasive SDSE, die eine multizelluläre Biofilmgemeinschaft bilden, zeichnen sich durch erhöhte Ska-Aktivität aus. Darüber hinaus führt ein Knock-out von Ska zu einer verstärkten Biofilmbildung. Exogene Ska-Supplementation von Δska führt zu einer erheblichen Verringerung der Biofilmmasse. Unsere Daten deuten auch darauf, dass Ska freigesetzt wird. Folglich stimuliert Ska die umgebenden Bakterien innerhalb der Gemeinschaft, so dass diese nicht in einen stabilen Biofilmzustand übergehen können. Die metabolisch aktive Population kann sich entweder in die tieferen Schichten des Gewebes ausbreiten oder innerhalb der Gemeinschaft verbleiben. Entsprechend stellen wir die Hypothese auf, dass Ska eine grundlegende biologische Funktion innerhalb der Biofilmgemeinschaft hat. Es fungiert als Signalmolekül, dass die bakteriellen Stoffwechseleigenschaften stimuliert. Hier wollen wir ein metabolisches Profil dieser beiden unterschiedlichen Populationen innerhalb einer Biofilmgemeinschaft erstellen und die Signalwirkung von Ska mechanistisch analysieren. Es werden Biofilme gezüchtet, die Bakterien fluoreszenzmarkiert und ihre biochemischen, metabolischen und mechanischen Eigenschaften analysiert. Im weiteren Ansatz werden fluoreszenzmarkierte bakterielle Biofilmgemeinschaften entsprechend ihrer Stoffwechselaktivität sortiert und mit Hilfe von Bildgebungs-, NMR- und Massenspektrometrieverfahren einer Metabolomanalyse unterzogen. Die wichtigsten Ergebnisse werden mittels Tissue-Engineering-Ansätzen validiert. Diese Analysen werden Kandidatenwege und potenziellen Rezeptoren liefern, die von Ska innerhalb der Biofilmgemeinschaft angegriffen werden. Entsprechend werden gezielte Mutagenesen von Kandidaten durchgeführt und die Mutanten werden weiterführend untersucht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2389: Emergente Funktionen der bakteriellen Multizellularität