Ein ECF-Transporter erlaubt Staphylococcus lugdunensis Häm aufzunehmen, um Eisenmangel zu überwinden.

• Antragsteller: Professor Dr. Simon Heilbronner
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429484415

Der aktive Entzug von Spurenelementen aus den Geweben und Körperflüssigkeiten ist ein effizientes Mittel um die Vermehrung von Krankheitserregern während einer invasiven Infektion zu verhindern. Diese "nutritional immunity" ist ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunantwort. Die pathogenen Staphylokokken S. aureus und S. lugdunensis besitzen Isd-Systeme. Diese bestehen aus Zellwand-, Membran- und zytosolischen Proteinen. Isd-Proteine erlauben die Extraktion von Häm aus Hämoglobin Molekülen, deren Transport über die Zellwand, über die Zellmembran und den Abbau von Häm um das Eisenatom zytosolisch freizusetzten. Daher erlauben Isd Systeme den durch den Wirt induzierten Eisenmangel zu überwinden.Wir haben das Isd-System von S. lugdunensis untersucht und festgestellt, dass der gewöhnliche Membrantransporter (IsdEFL) für das Häm-abhängige Wachstum nicht essentiell ist. Daraufhin haben wir einen weiteren Transporter (Lha) identifiziert. Mutagenese von lha reduzierte das Wachstum auf Häm als Eisenquelle deutlich. Lha gehört zur Klasse der "Energy Coupling Factor (ECF)"-Transporter. ECF-Transporter besitzen extrem hydrophobe Substrat-Bindeproteine und zeichnen sich durch außergewöhnlich hohe Affinitäten zu ihren Substraten aus. ECF Transporter sind daher als Systeme zur Aufnahme von Spurenelementen beschrieben. Nur wenige Substrate sind bisher identifiziert und Häm-spezifische ECF-Transporter die eine Rolle bei der Überwindung der Immunantwort spielen sind bisher gänzlich unbekannt.Daher beabsichtigen wir Lha in diesem Projekt näher zu untersuchen. Mit biochemischen Methoden werden wir die Affinität von Lha zu Häm bestimmen und sie mit der Affinität des konventionellen Häm-bindenden-Lipoproteins (IsdE) vergleichen.In gewöhnlichen Isd Systemen funktionieren die Isd-Zellwand-Proteine wie ein Trichter und leiten die Häm-Moleküle dem ABC-transporter zu. Daher stellt sich die Frage, warum S. lugdunensis einen zusätzlichen ECF-transporter besitzt. Um diese Frage zu beantworten, soll untersucht werden ob Lha auf die Isd-Proteine angewiesen ist oder ob es sich bei Lha um ein autonomes System handelt. Wir vermuten, dass die Affinität von Lha zu Häm ausreichend ist, um Häm direkt aus Hämoproteinen wie Cytochromen oder Myoglobin zu extrahieren. Daher könnte Lha erlauben, Isd-unabhängig, verschiedene Häm-Quellen zu nutzen. Um dies zu untersuchen, werden wir sowohl den Häm-Transfer zwischen Lha und Wirtsproteinen also auch zwischen Lha und Isd-Proteinen biochemisch analysieren. Gleichzeitig werden wir Isd-Mutanten in S. lugdunensis erzeugen und Lha in Staphylococcus carnosus (keine Isd-Proteine) exprimieren. So kann auf physiologischer Ebene untersucht werden ob Lha die Isd-Proteine zur Häm-Aufnahme benötigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dirk Slotboom, Ph.D.