Invasionsverhalten von Gruppe G Streptokokken

Wegmeyer, Patricia

Streptokokken der Gruppe G sind humanpathogene Erreger und verursachen schwerwiegende Rachen- und Hautinfektionen. In radioaktiven Bindungsversuchen wurden verschiedenen Isolate auf ihre Bindungsfähigkeit zu extrazellulären, humanen Matrixproteinen untersucht. Das australische Isolat G59 wies eine hohe Bindungsfähigkeit (83%) zum Fibronektin auf. Mit Primern gegen das bekannte sfbI-Gen der Gruppe A Streptokokken wurde mittels PCR das entsprechende Gen (gfbI) im Isolat G59 identifiziert, in E. coli überexprimiert und als GST-Fusionsprotein aufgereinigt. Das rekombinante Protein wurde an Latex Beads gekoppelt. In Rasterelektronenmikroskopischen Analysen konnte gezeigt werden, dass G59 und GfbI-gekoppelten Latex Beads an HEp-2-Epithelzellen adhärieren und über Membranfaltungen invadieren. Eine gfbI-knock-out-Mutante wurde durch chromosomale Insertions/Deletions-Mutagenese generiert. Die Bindungsfähigkeit der Mutante (TF59) für Fibronektin wurde vollständig inhibiert und somit GfbI als einziges Fibronektin bindendes Protein des Isolates G59 definiert. Die Bindungsfähigkeit der Mutante an weitere Wirtsproteine wurde nicht beeinflusst. Replattierungsversuche zeigten eine signifikante Reduktion der Adhäsion und Invasion der Mutante. Dennoch konnte die Mutante an Epithelzellen adhärieren und diese invadieren. Analysen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM), Doppelimmunfluoreszenz und Inhibierungsversuchen zeigten einen zweiten, GfbI-unabhängigen Invasionsmechanismus. Dieser zeichnet sich durch seitliches Einsinken der Bakterienketten in die Wirtszellemembran und reißverschlußartiges Übergreifen von Filopodien aus. Inhibierungsstudien zeigten, dass Wildtyp und Mutante nicht über alpha5beta1-Integrine die Epithelzellen invadierten. Die Membranbeschaffenheit und ein funktionales Aktinfilamentsystems waren jedoch entscheidend für das Virulenzpotential. Mittels Kolokalisations-Experimenten wurden die Isolate G59 und TF59 ausschließlich in Lysosomen-ähnlichen Organellen detektiert.

Group G streptococci are known human pathogens which cause severe throat and skin infections. In radioactive binding experiments several isolates were tested for their ability to interact with human extracellular matrix proteins. Strong binding to fibronectin was observed for the Australian isolate G59. In this strain, a gene coding for a fibronectin binding protein (gfbI) was identified by PCR using primers designed against the well known streptococcal fibronectin-binding protein (SfbI) from group A streptococci. The gfbI-gene was overexpressed in E.coli as a GST-fusion protein. The purified recombinant protein was used to coat latex beads. By scanning electron microscopy it was demonstrated that the strain G59 and the GfbI coated latex beads adhere to and invade human epithelial cells by a membrane-ruffling-mechanism. A gbfI knock out mutant was generated by chromosomal insertion/deletion mutagenesis. Fibronectin binding of this mutant was significantly decreased compared to the parental strain. These results support that GfbI is the only fibronectin binding protein in G59. The ability of the mutant to bind other extracellular matrix proteins was not influenced. Replating-assays showed a significant reduction in adhesion and invasion. Nevertheless, the mutant was still able to adhere to and invade epithelial cells. A second, GfbI-independent mechanism was shown by electronmicroscopy, double-immunofluorescence and inhibition studies. The bacterial chains inserted into the host membrane and zipper-like fusion of filopodia lead to invasion by the mutant. Furthermore, inhibition studies showed, neither the wildtype and not the mutant interacted with alpha5beta1-integrins to invade host cells, but the quality of the host membrane and the function of the microfilament system was essential for virulence. At least, the isolates G59 and TF59 were only detected in lysosome like organelles by colocalisation experiments.

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Wegmeyer, Patricia: Invasionsverhalten von Gruppe G Streptokokken. 2005.

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