Viele krankheitserregende Bakterien wie Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae) sind in einer Zuckerschicht eingeschlossen, die als Kapselpolysaccharid (CPS) bezeichnet wird. Diese Schicht ist oft essentiell für Infektionen.
In einer bahnbrechenden Entdeckung von Wissenschaftlern der Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore (NUS Medicine), wurden Merkmale des CPS identifiziert, die den Bakterien helfen, die menschlichen Atemwege zu besiedeln. Die Forschung zeigte, dass die Strukturen der CPS-Kapsel und ihre Arten von Verknüpfungen und Kombinationen von großer Bedeutung sind, damit sich die Bakterien besser an der Auskleidung der oberen und unteren menschlichen Atemwege festsetzen und dort überleben können.
Um die weit verbreitete Vorstellung in Frage zu stellen, dass strukturell unterschiedliche CPS-Kapseln in S. pneumoniae die gleiche Funktion bei der Förderung der bakteriellen Besiedelung erfüllen, hat das Team unter der Leitung von Assistenzprofessor Chris Lok-To Sham und der Doktorandin Jade Chun Ye-Yu von Infectious Diseases Translational Research Program bei NUS Medicine konstruierte Bakterienmutanten, die einen der 84 CPS-Typen aufweisen, die in S. pneumoniae gefunden wurden.
Die Mutanten wurden dann in Atemwegszellen eingeführt, um ihre Fähigkeit zur Bindung an die Atemwege zu untersuchen. Unter Verwendung eines molekularen Barcodes zur Unterscheidung der Stämme untersuchte das Team, ob unterschiedliche CPS in diesen Mutanten die Bindung an die Nasen- und Bronchialzellen beeinflussen würden.
Die Ergebnisse zeigten, dass das CPS mit Rhamnose-Zuckerresten schlecht an die Atemwegszellen band, während CPS mit Glykanmotiven stark band. Das Experiment zeigte, dass die strukturellen Konfigurationen und die Arten von CPS eine wichtige Rolle bei der Stärke der Anhaftung und dem Überleben in den menschlichen Atemwegen spielen.
„Wissenschaftler haben in der Vergangenheit erkannt, dass die in Bakterien gefundenen Proteine kein Zufall sind, sondern einen Zweck erfüllen. Bakterien haben eine Vorliebe für bestimmte Zuckerarten auf ihren Kapseln und eine spezifische Verknüpfung von Zuckern gezeigt. Unsere Forschung beweist das Einige dieser Kombinationen kommen den Bakterien zugute, da sie bei der Besiedelung der menschlichen Atemwege helfen.Diese Erkenntnis wird mehr Licht auf die Bandbreite der CPS-Typen werfen, die in zukünftigen Impfstoffen enthalten sein werden, da die derzeitigen Impfstoffe gegen S. pneumoniae die vielen Arten von nicht abdecken CPS, das von den Bakterien produziert wird“, fügte Jade Chun hinzu, die ebenfalls aus der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie der NUS Medicine stammt.
S. pneumoniae ist eine Hauptursache für Lungenentzündung, Septikämie und Meningitis. Insgesamt gehören diese Infektionen zu den Hauptursachen für Morbidität und Mortalität bei älteren Menschen und Kleinkindern. Um diese tödlichen Infektionen zu bekämpfen, werden Pneumokokken-Impfstoffe verabreicht, um die Antikörperproduktion gegen das CPS zu stimulieren. Die Bakterien können jedoch ihre CPS-Struktur manipulieren, um diesen Antikörpern auszuweichen. Diese biochemische Kriegsführung führt zu mehr als hundert Arten von CPSs, die von S. pneumoniae produziert werden, was die Herausforderung der Herstellung wirksamer Impfstoffe erhöht. Während die Vielfalt von CPS sehr geschätzt wird, bleibt unklar, was das CPS tatsächlich zu einer tödlichen Waffe für die Bakterien macht.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Die Proceedings der National Academy of Sciences.
Mehr Informationen:
Ye-Yu Chun et al., Einfluss der Glykanstruktur auf die Besiedelung von Streptococcus pneumoniae auf Epithelzellen der menschlichen Atemwege, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2213584120