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Mechanismen der Serumresistenz von Serogruppe A Meningokokken unter besonderer Berücksichtigung der Kapsel und des Lipopolysaccharids

Mechanisms of serum resistance in serogroup A meningococci

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-13636
  • Neisseria meningitidis ist Auslöser der Meningokokkenmeningitis und der gefürchteten Meningokokkensepsis, die mit einer hohen Letalität belastet sind. Meningokokken lassen sich anhand ihrer Polysaccharidkapsel in verschiedene Serogruppen einteilen, wobei die Serogruppen A, B, C, W135 und Y mit Krankheit assoziiert sind. Krankheitsisolate aus Serum oder Liquor sind fast ausnahmslos bekapselt, während Trägerisolate, die aus dem Nasopharynx von ca. 10% der gesunden Bevölkerung isoliert werden können, häufig unbekapselt sind. Das Komplementsystem,Neisseria meningitidis ist Auslöser der Meningokokkenmeningitis und der gefürchteten Meningokokkensepsis, die mit einer hohen Letalität belastet sind. Meningokokken lassen sich anhand ihrer Polysaccharidkapsel in verschiedene Serogruppen einteilen, wobei die Serogruppen A, B, C, W135 und Y mit Krankheit assoziiert sind. Krankheitsisolate aus Serum oder Liquor sind fast ausnahmslos bekapselt, während Trägerisolate, die aus dem Nasopharynx von ca. 10% der gesunden Bevölkerung isoliert werden können, häufig unbekapselt sind. Das Komplementsystem, das einen wichtigen Abwehrmechanismus gegen Meningokokken darstellt, ist Teil der unspezifischen angeborenen Immunabwehr und besteht aus mehreren Serumproteasen, die in einer Kaskade der Reihe nach aktiviert werden, um am Ende eine Pore (MAC) in der Membran des Pathogens zu bilden. In dieser Arbeit wurden Faktoren untersucht, die Neisseria meningitidis dazu befähigen, im Serum zu überleben und der Lyse durch das Komplementsystem zu entgehen. Ein Schwerpunkt lag dabei auf den Serumresistenzmechanismen von Serogruppe A Meningokokken, vergleichend wurden anschließend die Mutanten der Serogruppen B, C, W135 und Y untersucht. Um den Einfluss verschiedener Pathogenitätsfaktoren auf die Serumresistenz zu beurteilen, wurden isogene knock-out Mutanten verwendet, die durch ELISA und Tricingel auf ihre Kapsel- und LPS Struktur überprüft wurden. Die Serumresistenz der Mutanten wurde durch Bakterizidietests bestimmt; zur Detektion der Bindung von Komplementkomponenten, Immunglobulinen und regulatorischen Proteinen wurden FACS Analysen, Western Blot und ELISA benutzt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Kapsel der Serogruppe A Meningokokken essentiell für das Überleben im Serum ist. Die Expression der Polysaccharidkapsel führte auch bei den übrigen Serogruppen zu einer verminderten Deposition von Komplementkomponenten (C3, C4 und MAC) auf der Bakterienoberfläche. Die verminderte Komplementdeposition war nicht durch veränderte Antikörperbindung bedingt. Die bekapselten und unbekapselten Bakterien zeigten die gleichen Bindungsmuster von IgG und IgM. Auch Faktor H, ein wichtiger Regulator des Komplementsystems, ist an der Vermittlung der Serumresistenz durch die Kapsel nicht beteiligt. Die serumsensiblen unbekapselten Mutanten banden mehr Faktor H, als die entsprechenden bekapselten Meningokokken. Aus der Literatur ist bekannt, dass LPS Immunotyp und LPS Sialysierung die Serumresistenz pathogener Neisserien beeinflussen kann. Für den Serogruppe A Stamm konnte nur dann ein Überlebensvorteil durch LPS Sialysierung gezeigt werden, wenn die unbekapselte Mutante untersucht wurde. Die Expression eines verkürzten L8 LPS hingegen führte bei diesem Stamm unabhängig von der Kapselexpression zu einer erhöhten Serumresistenz. Besonders auffällig bei den entsprechenden Kontrollexperimenten mit Derivaten anderer Serogruppen war die außergewöhnliche Komplementdeposition durch den Serogruppe Y Stamm. In weiterführenden Experimenten konnten wir in Kooperation mit Dr. Sanjay Ram, Boston, zeigen, dass besondere Phosphoethanolamin Substitutionen des LPS für dieses Phänomen verantwortlich waren. Die vorliegende Arbeit beleuchtet die Komplexität der Auseinandersetzung von Meningokokken mit dem Komplementsystem. Sie zeigt auf, dass Klon spezifische Unterschiede für das Verständnis der Serumresistenz von Bedeutung sind. Die Experimente belegen, dass bei Serogruppe A Meningokokken neben der Kapsel auch das LPS einen modulierenden Einfluss auf die Serumresistenz hat.show moreshow less
  • Neisseria meningitidis causes meningitis and sepsis which are associated with high mortality. Meningococci are divided into different serogroups (A, B, C, W135 and Y) according to the chemical composition of the capsular polysaccharide. Meningococcus isolates from cerebrospinal fluid (CSF) or blood are usually encapsulated in contrast to isolates from the nasopharynx which often lack a capsule. The complement system is one of the most important defence mechanisms against infections with meningococci. It consists of several serine proteases thatNeisseria meningitidis causes meningitis and sepsis which are associated with high mortality. Meningococci are divided into different serogroups (A, B, C, W135 and Y) according to the chemical composition of the capsular polysaccharide. Meningococcus isolates from cerebrospinal fluid (CSF) or blood are usually encapsulated in contrast to isolates from the nasopharynx which often lack a capsule. The complement system is one of the most important defence mechanisms against infections with meningococci. It consists of several serine proteases that are sequentially activated and terminate in the formation of a transmembrane pore in the membrane of the pathogen. In this thesis the influence of factors mediating serum resistance were investigated. Therefore isogenic knock-out mutants were created and tested for their phenotype using ELISA and tricine gels. Serum resistance was examined using bactericidal assays; binding of complement components was measured by FACS analysis, ELISA and Western blotting. This study showed that the expression of the capsule is essential for serogroup A meningoccoci for survival in human serum. The expression of a polysaccharide capusule led to a decreased deposition of C3, C4 and membrane attack complex (MAC) on the bacterial surface. The amounts of antibodies bound to the surface of capsulated and uncapsulated meningococci were similar. Factor H is an important regulator of the complement system. The capsulated mutants bound less Factor H than the uncapsulated mutants, suggesting that factor H is not involved in the mediation of serum resistance of capsulated meningococci. Lipopolysaccharide and lipopolysaccharide sialylation are further factors influencing serum resistance. For serogroup A meningococci LPS sialylation increased the serum resistance only when looking at the unencapsulated mutant. Lipopolysaccharide truncated mutants showed a more resistant phenotype in both the capsulated and unencapsulated mutant. Experiments performed in this thesis shed light on the complexity of interactions between the complement system and meningococci. Further more, they showed that the capsule as well as the lipopolysaccharide has a modulating effect on serum resistance of meningococci.show moreshow less

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Metadaten
Author: Silke Getzlaff
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-13636
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Hygiene und Mikrobiologie
Date of final exam:2005/05/13
Language:German
Year of Completion:2005
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Komplement; Meningokokken; Serogruppe A; Serumresistenz
Meningococci; complement; serogroup A; serum resistance
Release Date:2005/06/28
Advisor:Prof. Dr. med. Ulrich Vogel