genomewide characterization of host-pathogen interactions by ...

Maren Depke
Zusammenfassung der Dissertation
Die Experimente in der Studie am Modell für psychischen Streß wurden noch ohne den zusätzlichen
Einfluß eines pathogenen Erregers durchgeführt, der aber in der zweiten Studie berücksichtigt
wurde. Hierbei wurde der Einfluß einer intravenösen Staphylokokkeninfektion auf die
Nierengenexpression des Wirts in einem weiteren in vivo Mausmodell analysiert, wobei der
Wildtypstamm Staphylococcus aureus RN1HG und seine isogene sigB-Mutante eingesetzt
wurden. S. aureus, ein Gram-positives Bakterium, besiedelt als persistierender Kommensale den
vorderen Nasenraum von ca. 20 % der menschlichen Bevölkerung. Normalerweise bewirkt die
Besiedlung mit S. aureus keine Erkrankung. Andererseits kann S. aureus aber auch für ein breites
Spektrum an Erkrankungen verantwortlich sein, das von schwachen bis schweren lokalen Infektionen
der Haut oder Rachenschleimhaut über Infektionen innerer Organe (z. B. Endokarditis,
Osteomyelitis) bis zu systemischen Erkrankungen wie Sepsis geht. In das Blut kann S. aureus nach
Verletzungen oder durch medizinische Hilfsmittel wie Katheter gelangen. Ein einfaches Modell,
um solche Blutsysteminfektionen zu imitieren, ist die i. v.-Infektion von Mäusen. Die Wirtsreaktion
kann dabei mit physiologischen, immunologischen und molekularen Messungen aufgezeichnet
werden. In dieser Studie wurde die Transkriptomanalyse auf Mausnierenproben angewandt.
Obwohl Literaturangaben oft von ähnlicher Virulenz von sigB-defizienten Mutanten und Wildtypstämmen
berichten, könnte sich der Mechanismus der Pathogenese – zum Teil auch in
Abhängigkeit von dem gewählten Infektionsmodell – zwischen beiden unterscheiden. Deshalb
sollte mit dieser Studie untersucht werden, ob die Deletion von sigB zu einer veränderten Wirtsantwort
während der Infektion führt. Das Genexpressionsprofil in infiziertem Nierengewebe war
sehr gut reproduzierbar. Der Vergleich mit nichtinfizierten Kontrollen zeigte eine starke, proinflammatorische
Reaktion der Niere, die z. B. Signalweitergabe sogenannter „Toll-like“-Rezeptoren,
Komplementsystem, Antigenpräsentation, Interferon- und IL-6-, aber auch gegenregulatorische
IL-10-Signalwege einschloß. Die Studie konnte keine Unterschiede im Mechanismus der
Pathogenese der S. aureus-Stämme RN1HG und seiner isogenen sigB-Mutante belegen, da sich
die Wirtsantwort in beiden Fällen nicht unterschied. Falls solche Unterschiede tatsächlich
existieren sollten, sind sie womöglich transienter Natur und nur zu früheren Zeitpunkten auffällig.
Effekte von SigB könnten in der in vivo Infektion auch von dem verflochtenen Regulationsmuster
anderer Regulatoren überlagert sein. Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß SigB in vivo gar
nicht aktiv ist, wodurch die ähnliche Wirtsreaktion auf Wildtyp und Mutante erklärbar wäre.
Möglicherweise besitzt SigB weniger Eigenschaften eines Virulenzfaktors als vielmehr eines
Virulenzmodulators, der in vivo die Feinabstimmung der bakteriellen Reaktionen übernimmt,
oder SigB ist in speziellen Nischen während einer Infektion von Bedeutung. Solch eine Funktion
würde das Fehlen nachweisbarer Unterschiede zwischen der Wirtsreaktion auf S. aureus RN1HG
und seine isogene sigB-Mutante erklären.
Expressionsstudien an Gewebeproben aus in vivo Modellen zeichnen direkt den relevanten
physiologischen Zustand im Zusammenhang mit allen komplexen Interaktionen und Einflüssen
auf und liegen medizinischen Fragestellungen am nächsten. Dennoch ist es schwer, die einzelnen
Anteile zu unterscheiden, da es sich bei Gewebe immer um eine Mischung verschiedener Zelltypen
handelt, die sogar gegensätzliche Reaktionen aufweisen können. Deshalb wurden zusätzlich
in vitro Modelle untersucht, die sich auf einen einzelnen, definierten Zelltyp fokussierten.
Makrophagen sind in die erste Reaktion auf eine Infektion einbezogen. Sie nehmen, zusammen
mit dendritischen Zellen, eine zentrale Position im angeborenen Immunsystem ein. Durch
ihre Funktion als Wächter und Phagozyten sind sie maßgeblich an der Beseitigung von Infektionen
beteiligt. Peptide phagozytierter Antigene werden durch sie auf MHC-II-Komplexen für
6