Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Regulation und Funktion des Arginin Deiminase Systems von Streptococcus suis

Fulde, Marcus

Streptococcus (S.) suis is one of the most important pathogens in pigs, leading to economical losses of several millions of dollars every year. Clinically, S. suis mainly causes meningitis, pleuritis, and arthritis, whereas a subclinical infection results in retardation or reduced weight gain. Furthermore, S. suis is receiving increasing attention as a zoonotic agent. Despite the clinical and economic relevance little is known about the pathogenesis of S. suis infections. In this thesis, a new virulence-associated factor, the ADS, was characterized at the molecular and functional level. For this, transcriptional and translational studies were performed to investigate ADS expression under different conditions typical for the host environment. At reduced oxygen tension the ADS expression was induced. This induction was enhanced by the supplementation of arginine. Mutagenesis studies revealed that the associated regulators FlpS and ArgR are necessary for ADS expression since gene specific knock-out mutants were unable to upregulate ADS expression. Supplementation of glucose led to a repression of the ADS, an effect which could be abolished by the disruption of the ccpA gene. Furthermore, mutagenesis analysis revealed that the ADS, or the ability to induce ADS expression, is essential for survival under acidic conditions. Accordingly, an ADS-positive WT strain survived significantly longer after co-cultivation with epithelial cells than the ADS-deficient mutant strain. In addition, the availability of arginine as the substrate of the ADS seems to be important for the intracellular persistence of S. suis since a mutant strain lacking the gene for the putative arginine transporter ArcD was neither able to produce ammonia nor able to overcome acidic conditions comparable to the respective WT strain. These results suggest, that in addition to its role as an ATP-providing pathway, the ADS seems to play an important role in survival of S. suis at unfavourable conditions in the host.

Streptococcus (S.) suis ist einer der bedeutendsten Krankheitserreger beim Schwein, der jedes Jahr Schäden in Millionenhöhe verursacht. Klinisch manifestiert sich eine S. suis Infektion v. a. als Meningitis, Pleuritis oder Arthritis. Subklinische Verlaufsformen führen zu Kümmern oder geringeren Tagesgewichtszunahmen. Darüber hinaus gewinnt S. suis als Zoonoseerreger zunehmend an Bedeutung. Trotz der klinischen und wirtschaftlichen Relevanz ist über die Pathogenese der S. suis Infektion wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit diente dazu, einen neuen Virulenz-assoziierten Faktor von S. suis, das ADS, molekularbiologisch und funktionell zu charakterisieren. Durch Untersuchungen zur Transkription und Translation wurde die Expression des ADS in Abhängigkeit verschiedener wirtsnaher Stressoren aufgeklärt. So konnte eine Induktion bei niedrigem Sauerstoffgehalt nachgewiesen werden, die sich in Anwesenheit von Arginin verstärkte. Aber auch die Funktionalität der assoziierten Regulatoren FlpS und ArgR spielt eine entscheidende Rolle, da die Inaktivierung einen vollständigen Verlust der Induzierbarkeit des ADS bedingte. Die Supplementation von Glukose führte hingegen zu einer Reprimierung des Systems, die durch eine Mutation im ccpA Gen aufgehoben werden konnte. Durch entsprechende Mutanten wurde gezeigt, dass das ADS bzw. dessen Induktion entscheidend für das Überleben unter sauren Bedingungen ist. Folglich überlebte der ADS-positive Wildtyp deutlich länger in Epithelzellen als eine ADS-defiziente Mutante. Auch die Verfügbarkeit des Substrats Arginin scheint essentiell für das intrazelluläre Überleben zu sein. So wies eine im Arginin-Transportprotein ArcD negative Mutante weder eine dem Wildtyp entsprechende Ammoniakproduktion noch ein vergleichbares Überleben im sauren Milieu auf. Die Ergebnisse erlauben den Schluss, dass dem ADS, neben seiner Funktion als ATP-liefernder Stoffwechselweg, eine wichtige Rolle als Überlebensfaktor von S. suis unter ungünstigen Bedingungen im Wirt zukommt.

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Fulde, Marcus: Regulation und Funktion des Arginin Deiminase Systems von Streptococcus suis. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

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