Molecular and microscopical analysis of pathogenic streptococci - studies on surface proteins interacting with human cells and extracellular matrix

Popular Abstract in Swedish Vi ar omringade av olika mikrorganismer sasom bakterier och svampar. Bakterier kan leva fran de mest ogastvanliga miljoer som arktisk is och varma kallor pa havsbotten till varje manniskas hud och mag- tarmkanal. Bakterier som bor pa och inuti oss spelar en stor roll i vart valbefinnande. De hjalper oss att smalta maten och hindrar andra mer farliga bakterier fran att bosatta sig pa var hud. Vi anvander oss av olika bakterier for att tillverka vacciner som skyddar oss fran sjukdom och de anvands i tillverkning av diverse matprodukter sasom ostar och ol. En av skyddsmekanismerna mot bakterier ar de fysiska barriarena sasom hud och slemhinnor. En del av bakterierna kan under vissa omstandigheter orsaka lokal skada pa hud och slemhinnor, men kan aven ibland sprida sig djupare in i vavnaden eller ta sig till blodbanan. For att kunna ta sig in och kolonisera sin vard maste bakterierna kunna binda till ytstrukturer pa celler eller till proteiner som finns i det extracellulara matrixet (ECM, som ar ett lager av olika proteiner som finns under celler och som bland annat ger stadga till cellerna) som finns under cellerna. Detta gor bakterierna med hjalp av proteiner som finns pa deras cellyta. Det extracellulara matrixet finns i alla typer av vavnader i kroppen, men speciellt mycket i bindvav och brosk. I ECM finns det olika proteiner, ett av dessa ar kollagen som bildar fiberstrukturer. Dessa fiberstrukturer ger stadga och ar mycket motstandskraftiga mot slitande krafter. Kollagen star for ca 25 % av det totala mangden protein i vara kroppar. Kollagen bestar av tre peptidkedjor (korta proteiner) snurrade runt om varandra och bildar en trippelhelixform. Trippelhelixen bildas inne i cellen och kallas da prokollagen. Prokollagen molekylerna utsondras av cellerna och gar ihop for att bilda tjockare kollagenfiber. Det finns olika grupper av kollagener beroende pa uppbyggnad, funktion och var i kroppen de finns. Bakterier har ett flertal olika proteiner som kan binda till kollagen. Streptococcus pyogenes (S.pyogenes) som mitt avhandlingsarbete har handlat om har ett ytprotein Cpa som kan binda till kollagen typ I som ar valdigt vanlig i hud. S.pyogenes ar en gram-positiv bakterie som oftast vaxer i par eller kedjor. Den kan orsaka relativt ofarliga infektioner sasom halsfluss och hudinfektioner (sk. impetigo som forekommer oftast hos barn), men kan aven orsaka livshotande tillstand som blodforgiftning och nekrotiserande fasciit (tillstand dar bakterien angriper djupare vavnad, muskler och fett). Jag har undersokt om streptokocker kan binda till olika kollagener, som i sin tur kan underlatta for bakterien att halla sig kvar i det infekterade omradet eller mojliggora bakteriens spridning i kroppen. I delarbete I har vi undersokt om Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae) och S. pyogenes kan binda till kollagen typ IV. Detta kollagen finns i ovre och nedre luftvagarna och kan vid mekanisk skada eller som fojld av en virusinfektion bli blottat och da tillgangligt for bakterier. Vi kunde visa att kollagen typ VI hos moss finns i luftstrupen och bronkerna (som ar forgreningar fran luftstrupen) genom att anvanda oss av antikroppar som ar riktade mot kollagen typ VI. Vi kunde visa att hela S. pneumoniae och S. pyogenes bakterier och proteiner som klipptes fran bakteriens yta kunde binda till kollagen typ VI. Med hjalp av elektronmikroskopi (en metod dar man anvander sig av elektroner istallet for ljus for att erhalla en bild) kunde vi visa att kollagen typ VI kan binda till bakteriens yta, att de klippta proteinerna fran bakterierna binder till en specifik del pa kollagen typ VI fibern (den globulara domanen) och att det for S. pyogenes ar M1-proteinet som star for bindningen till kollagenet. I delarbete II undersokte vi om M1-proteinet och Slr proteinet fran S. pyogenes kan binda till kollagen typ I (som ar valdigt vanligt i hud) och kan anvanda det som hjalp att bibehalla sitt faste vid infektion. Vi producerade Slr proteinet i E. coli (som ar en latt manipulerad bakterie som ofta anvands for att producera proteiner) och kunde visa att det ar ett lipoprotein som innehaller leucinrika (LRR) omraden med likhet till InlA som ar ett protein hos Listeria monocytogenes (en annan typ av bakterie som kan orsaka sjukdom hos manniskan). Vi kunde visa att bade Slr och M1-proteinet kan binda till kollagen typ I och att dessa proteiner under en period finns samtidigt pa bakteriens yta. Vi gick sedan vidare med att genetiskt manipulera S. pyogenes sa att den inte kan uttrycka hela Slr proteinet pa sin yta. Darefter jamforde vi ursprungsstammen (AP1, som har bade M1-proteinet och Slr pa sin yta) och tva mutanters (MB1 som saknar Slr och MC25 som saknar M1-proteinet) kapacitet att binda till kollagen typ I. Vi kunde, med olika metoder, visa att AP1 band starkast medan MB1 och MC25 hade minskad bindningsformaga. I delarbete III har vi undersokt om Slr kan binda till och ta sig in i manskliga hudceller. Formagan att ta sig in i manskliga celler kan hjalpa bakterien att sprida sig i kroppen samt att kunna undkomma vart immunforsvar som ska doda bakterierna vid en infektion. Vi fann att Slr kan binda till hudceller samt kan ta sig in i cellerna. Vi identifierade myosin 9 som det protein i hudcellerna som Slr kan anvanda sig av for att binda till och ta sig in i hudcellerna. Myosiner ar en familj av proteiner som ar involverade i celltillvaxt och rorlighet, men studier har visat att de kan vara inblandade i bakteriers intrade i manskliga celler. Sammanfattningsvis sa har jag i mitt avhandlingsarbete karaktariserat ett nytt protein hos S. pyogenes, Slr, ett lipoprotein med LRR-segment som tillsammans med M1- proteinet kan binda till kollagener i borjan av en infektion. Slr och M1 binder till kollagen typ I, och M1 binder aven till kollagen typ VI, en mekanism som kan vara viktig for att orsaka infektion i hud och andningsorgan. Slr kan aven binda till myosin 9 och pa detta satt binda till och ta sig in i manskliga hudceller. Denna mekanism kan resultera i att bakterien mojligtvis kan komma undan immunsystemet och/eller sprida sig till djupare vavnad. Dessa arbeten ger oss en storre forstaelse for hur infektionsprocessen gar till. (Less)