Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Novel insights into the role of the Streptococcus suis toxin suilysin in mono- and coinfections of different porcine respiratory epithelial cell culture systems

Vötsch, Désirée

Streptococcus (S.) suis is a commensal in the upper respiratory tract of pigs, but it can also cause severe systemic diseases leading to high economic losses in the swine industry worldwide. Suilysin (SLY) is an important virulence-associated factor of S. suis and a member of the family of cholesterol-dependent cytolysins (CDC). It is assumed to contribute to the pathogenicity of S. suis by causing cell damage through lytic pore formation and by promoting bacterial adherence to cells. In the present study, we found that the amount of membrane-bound SLY and the cellular resealing capacity contribute to the susceptibility of different respiratory epithelial cells towards SLY. Moreover, well-differentiated primary porcine respiratory epithelial cells under air-liquid interface (ALI) conditions were more susceptible towards SLY induced cytotoxicity as compared to undifferentiated cells. Infection of well differentiated ALI cultures with S. suis showed that cytotoxicity induced by S. suis and bacterial adherence were dependent on the presence of SLY. These effects were enhanced or, in the absence of SLY, could even be replaced by pre-infection of the ALI cultures with swine influenza virus. In addition, the ex vivo porcine precision-cut lung slices (PCLS) model was applied to analyze the role of SLY during a bacterial-bacterial coinfection scenario. Pre-infection of PCLS with Bordetella (B.) bronchiseptica promoted colonization capacities and, consequently, the cytotoxicity of S. suis. Notably, cytotoxicity of S. suis was dependent on the presence of SLY, whereas colonization capacity of S. suis seemed to be independent of the toxin. In conclusion, the results of this study showed that SLY plays a role in pathogen-host cell interactions, as it contributes to S. suis-induced cytotoxicity and to bacterial adherence to respiratory epithelial cells. Furthermore, coinfection with other pathogens can promote infection with S. suis, which may lead to severe systemic disease.

Streptococcus (S.) suis ist ein Kommensale im oberen Respirationstrakt von Schweinen, kann aber auch schwere systemische Erkrankungen verursachen, die weltweit zu hohen wirtschaftlichen Verlusten in der Schweineindustrie führen. Suilysin (SLY) ist ein wichtiger Virulenz-assoziierter Faktor von S. suis und gehört zur Familie der Cholesterol-abhängigen Zytolysine. Es trägt zur Pathogenität von S. suis bei, indem es Zellen durch Porenbildung lysiert und die Adhärenz von S. suis an Zellen fördert. In dieser Studie wurde herausgefunden, dass sowohl die Menge an membrangebundenem SLY als auch die Fähigkeit der Zellen, Membranschädigungen zu reparieren, ihre Empfänglichkeit gegenüber SLY beeinflussen können. Darüber hinaus reagierten ausdifferenzierte primäre porzine Atemwegsepithelzellen an der Luft-Flüssigkeitsgrenze (ALI-Kulturen) empfindlicher auf die SLY-induzierte Zytotoxizität als undifferenzierte Zellen. Die Infektion von ausdifferenzierten ALI-Kulturen mit S. suis zeigte, dass die Zytotoxizität sowie die Adhärenz von S. suis SLY-abhängig sind. Diese Effekte können durch eine Präinfektion mit Schweineinfluenzaviren verstärkt oder, in Abwesenheit von SLY, sogar ersetzt werden. Weiterhin wurden porzine Präzisionslungenschnitte verwendet, um die Rolle von SLY während einer Bakterien-Bakterien-Koinfektion zu analysieren. Die Präinfektion der Präzisionslungenschnitte mit Bordetella (B.) bronchiseptica förderte die Kolonisierungsfähigkeit und die Zytotoxizität von S. suis. Interessanterweise war die Zytotoxizität von S. suis SLY-abhängig, wohingegen die Kolonisierungsfähigkeit von S. suis offenbar unabhängig vom Toxin war. Zusammenfassend hat diese Studie gezeigt, dass SLY eine Rolle in Pathogen-Wirtszell-Interaktionen spielt, da es zur Zytotoxizität und Adhärenz von S. suis in Atemwegsepithelzellen beiträgt. Darüber hinaus können Koinfektionen mit anderen Erregern eine Infektion mit S. suis fördern und so möglicherweise zu schweren systemischen Erkrankungen führen.

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Vötsch, D., 2020. Novel insights into the role of the Streptococcus suis toxin suilysin in mono- and coinfections of different porcine respiratory epithelial cell culture systems. Hannover.
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