Untersuchung struktureller Determinanten der Bindung des Extracellular matrix binding protein (Embp) von Staphylococcus epidermidis an die bakterielle Zelloberfläche

Abstract

Nosokomiale Infektionen gehören zu den größten medizinischen Herausforderungen der westlichen Welt. Wichtigster Risikofaktor für eine solche Infektion ist die Implantation eines medizinischen Fremdkörpers, wobei S. epidermidis zu den am häufigsten nachgewiesenen Erregern zählt. Die Staphylokokken wachsen hierbei häufig in einem protektiven Biofilm, wodurch diese Art der Infektion schwer zu therapieren ist. Die Biofilmbildung erfolgt hier in mehreren, aufeinander folgenden Schritten. Der medizinische Fremdkörper wird nach seiner Implantation häufig mit wirt-eigenen Proteinen bedeckt, wodurch die Staphylokokken über eigene Oberflächenstrukturen an diese Proteine binden können. Auf der Fremdkörperoberfläche wird hierbei am häufigsten Fibronektin nachgewiesen und das wichtigste Fibronektin-Adhäsin bei S. epidermidis ist das weit verbreitete 1 MDa große extracellular matrix binding protein Embp. Das Embp vermittelt im Rahmen der Biofilmbildung sowohl eine primäre Adhärenz, eine interzelluläre Akkumulation als auch durch Induktion eines immune escape einen Schutz vor Phagozytose. Embp ist somit ein vielseitiger und effektiver Mediator der Biofilmbildung. Anhand unserer Ergebnisse konnten wir zeigen, dass Embp ein Zellmembran-gebundenes Protein ist. Zudem konnten wir nachweisen, dass jeder der unterschiedlichen Embp Domänen eine jeweils individuelle Bindung an die bakterielle Zelloberfläche vermittelt. Die Domänen sind hierbei an beiden Kompartimenten der Zelloberfläche, sowohl Zellwand als auch Zellmembran gebunden.

Nosocomial infections are among the biggest medical challenges of the western world. The biggest single risk-factor for such an infection is the implantation of an indwelling medical device with S. epidermidis being one of the most common pathogens isolated from the infection site. The staphylococci grow in a protective structure, called biofilm, a phenotype that makes the treatment of such an infection a lot more difficult. Biofilm formation is typically a multi-step process, with the bacterial adherence being the first step. Quickly after implantation, the medical device is coated with host tissue proteins, which allow the staphylococci to bind the artificial surface via self-expressed surface-structures. Within this so called conditioned surface, fibronectin is the most commonly found host-protein. On the bacterial side of this interaction, the 1 MDa Extracellular matrix binding protein (Embp) is the most important and most common fibronectin-binding-protein. Embp is an effective multi-functional surface-protein, allowing the primary adherence as well as intercellular accumulation or even mediating protection from host-phagocytosis by induction of a so called immune escape. The here presented data show that Embp is a membrane-anchored protein. Furthermore we could demonstrate that the different domains within its structure each mediate an individual share of the cell-surface recruitment. Here these domains bind to both components of the bacterial surface, the cell-membrane as well as the cell-wall.