Untersuchungen zur Zelltodinduktion durch Enterokokken, Streptokokken und Staphylokokken in Makrophagen

Abstract

Makrophagen bilden als Phagozyten die vorderste Front des angeborenen Immunsystems. So können sie Bakterien aufnehmen und inaktivieren, bevor diese ihre Pathogenität entfalten. Grampositive Bakterien, wie beispielsweise Staphylococcus aureus und Streptococcus pyogenes, sind in der Lage, programmierten Zelltod in Makrophagen auszulösen und hierdurch die Immunantwort des Wirts zu umgehen. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass darüber hinaus auch zahlreiche andere Staphylokokken- und Streptokokkenspezies zytotoxisch auf J774A.1-Makrophagen wirken, was zur Pathogenität dieser Bakterien beitragen könnte.

Enterokokken sind ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Darmflora. Sie gewinnen allerdings zunehmend Aufmerksamkeit als Auslöser lebensbedrohlicher Infektionen, vor allem bei immunsupprimierten Patienten. In der vorliegenden Arbeit wurden J774A.1-Makrophagen mit verschiedenen Enterokokkenspezies und einer Reihe von E. faecium-Stämmen infiziert, welche sich hinsichtlich ihrer Antibiotikaresistenz und dem Vorhandensein des Oberflächenproteins Esp unterschieden. Dabei stellte sich heraus, dass Enterokokken unabhängig von der Spezies in der Lage sind, in Makrophagen nekrotischen Zelltod auszulösen. Weiterführende Untersuchungen mit E. faecium zeigten, dass Lysozym für den durch E. faecium ausgelösten Zelltod essenziell ist, wobei der Zelltod weder durch Caspasenhemmung mit zVAD-fmk, Aufnahmehemmung durch Cytochalasin D oder intrazelluläre Abtötung der Enterokokken mit Rifampicin verhindert werden konnte. Das Vorhandensein des bakteriellen Oberflächenproteins Esp oder bestimmter Antibiotikaresistenzen erhöhte die Zelltodraten nicht.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es einen gemeinsamen, bislang unbekannten zytotoxischen Faktor von Enterokokken gibt, der im Beisein von Lysozym freigesetzt wird. Weiterführende Arbeiten, die auf den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit aufbauen, deuten darauf hin, dass es sich dabei um zytotoxisch wirksame, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) handeln könnte, die unter dem Einfluss von Lysozym aus Enterokokken freigesetzt werden.

Macrophages are phagocytes and form the front line of defence in the innate immune system. Thus they are able to absorb and inactivate bacteria before these can become pathogenic. Gram-positive bacteria, such as Staphylococcus aureus and Streptococcus pyogenes, are able to induce programmed cell death in macrophages – thus evading the immune reaction of the host. In this study it was shown that, in addition to this, numerous other species of staphylococci and streptococci also have a cytotoxic effect on J774A.1-macrophages, which could contribute to the pathogenicity of these bacteria.

Enterococci constitute an essential part of the human intestinal flora. However, they are becoming increasingly apparent as the cause of life-threatening infections, especially in immunocompromised patients. In this study, J774A.1-macrophages were infected with various species of enterococci and a range of E.faecium strains, which differed from each other in respect to their resistance to antibiotics and to whether the enterococcal surface protein Esp was present. It became evident that enterococci, independent of species, are able to induce necrotic cell death in macrophages. Further research with E. faecium showed that lysozyme is essential for cell death induction by E. faecium. When lysozyme was added it was neither possible to prevent cell death by inhibition of caspase through zVAD-fmk, nor by inhibition of bacterial uptake using cytochalasin D, nor by intra-cellular killing of the enterococci by rifampicin. The presence of the bacterial surface protein Esp, or of specific antibiotic resistances, did not increase the rates of cell death.

These results indicate that that there is a common, up to now unknown cytotoxic factor in enterococci, which is released in the presence of lysozyme. Further investigations, using the results of this research as their basis, indicate that this factor could be cytotoxically active, reactive oxygen species (ROS), which are released from enterococci when lysozyme is present.