Projekt: Dissecting Staphylococcus aureus macrophage exit
Die Staphylococcus aureus Besiedelung des Nasenrachenraums ist ein wichtiger Risikofaktor für nachfolgende schwere und invasive Infektionen. Klinisches Therapieversagen, auch nach empfohlener Standardbehandlung, weist darauf hin, dass die Bakterien in einer intrazellulären Nische überleben können. Neue Studien basierend auf experimentellen Tiermodellen zeigen, dass Makrophagen in der Leber und im Peritoneum ein wichtiges Reservoir für die weitere Ausbreitung des Pathogens darstellt und damit entscheidend für die Pathologie bei Sepsis ist. Während eher chronischen Infektionen wie Osteomyelitis kann S. aureus langfristig intrazellulär persistieren. Auf der molekularen und zellulären Ebene ist wenig verstanden, wie sich S. aureus im humanen Wirt verbreitet und wie S. aureus aus infizierten Zellen ausbrechen kann. S. aureus wird in der Blutbahn rasch von verschiedenen Zellen wie z.B. Makrophagen phagozytiert. Das Pathogen ist jedoch in der Lage sich in Makrophagen zu vermehren und aus ihnen auszubrechen. Wir konnten in Vorarbeiten zeigen, dass „Phenol soluble modulins“ (PSMs) und die human-spezifischen Zweikomponenten Leukozidine LukAB und/oder PVL für diesen Ausbruch erforderlich sind. PSMs können Zellen rezeptor-unabhängig lysieren, vermitteln den Übertritt von S. aureus aus dem Phagosom ins Zytoplasma und agieren in murinen und humanen Zellen. Dagegen sind LukAB and PVL strikt Rezeptor-abhängig und nur im humanen System aktiv, was die Analyse dieser Toxine in herkömmlichen Mausmodellen erschwert.
Unsere Daten zeigen, dass LukAB das Ausbrechen und Zelltod in humanen Makrophagen auslöst – die genaue Art des Zelltods und die zugrunde liegenden Signalwege sind jedoch bislang nicht bekannt. Außerdem, wird IL-1β nach Infektion NLRP3-abhängig freigesetzt, jedoch ist dies Toxin-unabhängig, obwohl aufgereinigtes LukAB auf Zellen IL-1β Freisetzung stimulieren kann. Drittens, zeigen murine Makrophagen keinen Zelltod und Ausbrechen der Bakterien.
In starker Übereinstimmung mit den Zielen des Schwerpunktprogramms verfolgt unser Projekt daher die folgenden drei sich aus diesen Beobachtungen ergebenden Fragestellungen: 1) Welche Form von Zelltod wird durch S. aureus ausgelöst und wie verläuft dieser genau? 2) Wie wird Toxin-unabhängig die NLRP3-unabhängige IL-1β Freisetzung ausgelöst und ein pyroptotischer Zelltod während der Persistenz unterdrückt werden? 3) Welche Faktoren sind für die Unterschiede zwischen Maus und Mensch in puncto Toxin-Wirkung entscheidend und können kritische Wirtsfaktoren der Maus „humanisiert“ oder umgekehrt bakterielle Toxine „murinisiert“ werden. Durch die gemeinsame Expertise in molekularer und zellulärer Biologie der Immunzell-Regulation (Weber) sowie S. aureus Physiologie und Molekulargenetik (Wolz) planen wir Toxin-induzierbare S. aureus Stämme, Promoter-Test-Konstrukte, manipulierte Zelllinien, sowie bildgebenden Verfahren und Proteomanalysen einzusetzen, um spezifische Interaktionen zwischen bakteriellen und Wirtsfaktoren zu untersuchen. Dieser Ansatz wird uns erlauben, die Faktoren zu identifizieren, die für den S. aureus Ausbruch beziehungsweise die Persistenz verantwortlich sind. Wenn wir verstehen wie S. aureus intrazellulär überlebt und ausbricht, können klinische Phänotypen besser klassifiziert und durch neue anti-infektive Therapien besser addressiert werden.