Wachstumsphasenabhängige Merkmale von Streptococcus suis und deren Bedeutung für das Überleben im Wirt

Streptoccocus (S.) suis ist ein bedeutender Krankheitserreger des Schweins. Neben Infektionserkrankungen wie Septikämien, Pneumonien, Endokarditiden, Arthritiden oder Meningitiden, können auch asymptomatische Verlaufsformen zur Verbreitung des Keims und zu Verlusten in der Schweinehaltung beitragen. Außerdem gilt S. suis als wichtiger Zoonoseerreger.            Für das Überleben im Wirt muss der Erreger seinen Stoffwechsel an sich verändernde Umgebungsbedingungen anpassen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher untersucht, welchen Einfluss die Wachstumsphase von S. suis auf die Ausprägung von Merkmalen hat, die im Hinblick auf die Bildung antibiotikatoleranter Persisterzellen und auf Wechselwirkungen mit porzinen Monozyten von Bedeutung sind. Im ersten Teil wurde gezeigt, dass S. suis in der stationären Wachstumsphase einen deutlich höheren Anteil antibiotikatoleranter Persisterzellen bildet als in der exponentiellen Wachstumsphase. Diese für die Ausbildung von Persisterzellen typische Wachstumsphasenabhängigkeit, sowie die fehlende Vererbbarkeit der Antibiotikatoleranz und Eliminierung antibiotikatoleranter Zellen nach Re-Inokulation exponentiell gewachsener Bakterien zeigten, dass S. suis höchstwahrscheinlich Typ I-Persister bildet, die durch die limitierenden Bedingungen in der stationären Wachstumsphase ausgelöst werden. Die Persisterzellen wiesen zudem eine wachstumsphasenabhängige Vielfachtoleranz gegenüber Antibiotika unterschiedlicher Wirkstoffklassen auf. In Anwesenheit von Gentamicin zeigte S. suis in der exponentiellen Wachstumsphase eine ebenfalls für das Vorkommen von Persisterzellen typische biphasische Überlebenskinetik. Das Arginin-abbauende Arginin Deiminase System (ADS), kodiert durch das arcABC-Operon, und die damit assoziierten Proteine CcpA (catabolite control protein A) und ArcD (putativer Arginin-Ornithin-Antiporter) scheinen mit der Persisterbildung von S. suis im Zusammenhang zu stehen. Die Beteiligung des globalen Regulators CcpA lässt darauf schließen, dass mehrere Gene in der Persisterbildung von S. suis involviert sind, und dass Virulenz, Metabolismus und Persistenz evtl. miteinander verknüpft sind. Des Weiteren wurde eine Antibiotikatoleranz sowohl für die S. suis-Stämme A3286/94 und 05ZYH33, als auch für einzelne Stämme der Spezies S. gordonii, S. pyogenes und S. agalactiae festgestellt. Dies deutet darauf hin, dass die Antibiotikatoleranz in der Familie der Streptococcaceae ein verbreitetes Phänomen sein könnte.         Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss des bakteriellen Wachstums auf die Interaktion mit Monozyten untersucht, da angenommen wird, dass Monozyten eine wichtige Rolle für die Ausbreitung des Erregers im Gewebe spielen. Laut Trojan horse theory bzw. modifizierter Trojan horse theory gelangt S. suis intrazellulär in Monozyten persistierend bzw. extrazellulär an Monozyten adhärierend ins zentrale Nervensystem (ZNS). Dafür wurde erstmalig ein in-vitro-Infektionsmodell mit über den Oberflächenmarker CD14 affinitätsaufgereinigten naïven porzinen Monozyten im Batch-Verfahren etabliert, das den in-vivo-Bedingungen relativ nahe kommt. Die eingesetzte Monozytensubpopulation exprimierte den Panmonozytenmarker CD172a und die Reifemarker CD163 und CD14, wobei die Expression von CD163 stärker als die von CD14 ausgeprägt war. Durch den Daptomycin protection assay (DPA), sowie Doppelimmunfluoreszenz (DIF)- und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Experimente wurde gezeigt, dass S. suis sehr stark an die Monozyten adhärierte, aber kaum von diesen phagozytiert wurde. Der intrazelluläre Nachweis der Kapselmutante 10Δcps, der Suilysinmutante 10Δsly und des Stamms A3286/94 in TEM-Experimenten zeigte, dass S. suis grundsätzlich von porzinen Monozyten internalisiert werden kann. Für S. suis-Stamm 10 konnte eine stärkere Assoziation stationär gewachsener Bakterien und für S. suis-Stamm A3286/94 eine stärkere Assoziation exponentiell gewachsener Bakterien festgestellt werden. Es konnte allerdings nicht geklärt werden, ob dies auf einer unterschiedlichen Vermehrung der Bakterien oder auf eine wachstumsphasenabhängige differentielle Expression von Adhäsinen zurückzuführen war. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass S. suis in der Lage war, sich in Anwesenheit der Monozyten zu vermehren und einen Einfluss auf deren Vitalität und Morphologie hatte. Der Suilysinnachweis im Überstand infizierter Monozyten und durchflusszytometrische Analysen lassen vermuten, dass das durch S. suis-Stamm 10 sezernierte Suilysin die Monozyten schädigte und damit möglicherweise die Phagozytose reduzierte. Eine im Gegensatz zur Kapselmutante 10Δcps fehlende Induktion der Monozyten zur ROS-Produktion durch Stamm 10 deutet zusätzlich darauf, dass die Kapsel vor antibakterieller Aktivität schützt.       Zusammenfassend zeigte die Arbeit erstmals, dass S. suis in der Lage ist, antibiotikatolerante Persisterzellen zu bilden, und dass die Bildung dieser Persister abhängig vom bakteriellen Wachstum ist. Weiterhin konnten durch ein neues in-vitro-Infektionsmodell mit porzinen Monozyten Erkenntnisse gewonnen werden, die die sogenannte modifizierte Trojan horse theory unterstützen. Der Einfluss der Wachstumsphase auf die Interaktion von S. suis mit Monozyten bleibt allerdings noch zu klären.