The role of two-component regulatory systems of Streptococcus pyogenes in virulence

Sastalla, Inka

Die Fähigkeit der Adaptation an verschiedene Wirtsnischen verleiht Streptococcus pyogenes einen wesentlichen Vorteil während des Infektionsprozesses. In dieser Dissertation wurde die Rolle von regulatorischen Zwei-Komponenten Systemen (TCS) als Sensoren und Regulatoren der adaptiven Genexpression von S. pyogenes untersucht und ihre Bedeutung für die Virulenz dieses pathogenen Bakteriums bestimmt. Fünf Streptokokken Mutanten mit Deletionen in verschiedenen TCS wurden konstruiert und ihr Virulenzverhalten im Vergleich zum parentalen Stamm untersucht. In einem Bakterizidversuch führten dabei Deletionen in den TCS FasCA, TCS07, TCS09 und Irr/Ihk führten zu einer verminderten Fähigkeit der Streptokokken, Abtötung durch humane phagozytische Zellen zu entkommen. Weitere Untersuchungen der TCS07 und der Irr/Ihk Mutanten in einem murinem Hautinfektionsmodell zeigten eine verminderte Virulenz beider Mutanten, die sich durch Überleben Mutanten-infizierten Mäuse und einer schnellen Eliminierung der Bakterien aus systemischen Organen und Blut ausdrückte. In einem intraperitonealem Mausinfektionsmodell konnte zusätzlich die erhöhte Abtötung der Irr/Ihk Mutante durch murine PMNs gezeigt werden. Das Fehlen zweier antiphagozytischer Virulenzfaktoren in der TCS07 Mutante konnten durch Transkriptionsanalyse der TCS07 Mutante festgestellt werden. In der Irr/Ihk Mutante fand auf posttranslationaler Ebene eine Abspaltung des Streptokokken-M-Proteins und Verlust der Fibrinogen-Bindungsfähigkeit statt. Expressionsdifferenzen der antiphagozytisch wirkenden Hyaluronsäurekapsel konnte ex vivo zwischen Wildtyp und Mutanten beobachtet werden, wobei lediglich der Wildtyp eine starke Bakapselung aufwies.

The ability of Streptococcus pyogenes to adapt to different host environments represents a key feature during the infection process of this important human pathogen. Two-component regulatory systems (TCS) act as sensors and communicators of environmental changes and their contribution to streptococcal pathogenesis was investigated in the scope of this dissertation. Therefore, five streptococcal mutants with deletions in two-component systems were constructed and investigated for different virulence behaviour in comparison to the parental strain. The mutants deficient in the TCS FasCA, TCS09, TCS07, or Irr/Ihk were less resistant to killing by human phagocytic cells. In a mouse model of skin infection, the TCS07 and Irr/Ihk deletion strains showed reduced virulent behaviour, expressed by survival of infected animals and a rapid clearing of the mutants from systemic organs and bloodstream in comparison to the wildtype strain. Furthermore, using a mouse model of intraperitoneal infection, enhanced killing of the Irr/Ihk mutant within murine PMNs could be demonstrated. On the molecular level, the TCS07 mutant lacked transcription of two major antiphagocytic virulence factors, the M-protein and SIC. In the Irr/Ihk mutant, transcription of these factors was not affected, however a cleavage of the M-proteins N-terminus from the surface of the mutant was observed, resulting in release of a 28-kDa fragment. Absence of full-length M protein in both mutants was accompanied by a loss of fibrinogen binding capability. Furthermore, both failed to induce encapsulation with hyaluronic acid under in vivo conditions as it was observed for the wildtype strain.

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Sastalla, Inka: The role of two-component regulatory systems of Streptococcus pyogenes in virulence. 2005.

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