Advanced

Studies on surface proteins of Gram-positive bacteria

Janulczyk, Robert LU (2001)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Grupp A streptokocker är bakterier som orsakar halsfluss, svinkoppor och rosfeber. Även allvarligare sjukdomstillstånd kan följa, t ex toxiskt schocksyndrom och nekrotiserande fasciit, som ibland har dödlig utgång. En annan vanlig bakterie är pneumokocken, som ger upphov till lunginflammation, mellanöreinflammation och hjärnhinneinflammation. Dessa vanliga bakterier utgör såväl medicinska som samhällsekonomiska problem. Dessa bakterier har tjocka cellväggar, och är exempel på s k Gram-positiva organismer. Denna avhandling syftar till att närmare studera betydelsen av ytproteiner hos Gram-positiva bakterier. I det första delarbetet beskrivs ett metalltransportsystem hos grupp A streptokocker.... (More)
Popular Abstract in Swedish

Grupp A streptokocker är bakterier som orsakar halsfluss, svinkoppor och rosfeber. Även allvarligare sjukdomstillstånd kan följa, t ex toxiskt schocksyndrom och nekrotiserande fasciit, som ibland har dödlig utgång. En annan vanlig bakterie är pneumokocken, som ger upphov till lunginflammation, mellanöreinflammation och hjärnhinneinflammation. Dessa vanliga bakterier utgör såväl medicinska som samhällsekonomiska problem. Dessa bakterier har tjocka cellväggar, och är exempel på s k Gram-positiva organismer. Denna avhandling syftar till att närmare studera betydelsen av ytproteiner hos Gram-positiva bakterier. I det första delarbetet beskrivs ett metalltransportsystem hos grupp A streptokocker. Metaller är livsnödvändiga spårämnen för såväl människor som för bakterier. När bakterien infekterar den mänskliga värden ställs den inför ett komplicerat problem. Metaller i blod och andra kroppsvätskor föreligger ofta bundna till vissa av människans proteiner, och är därmed svårtillgängliga för bakterierna. I vår studie beskriver vi ett metalltransportsystem bestående av ett ytprotein, ett porprotein, och ett energiförbrukande protein. Ytproteinet har en fettrest, som gör att det ankras i bakteriens cellmembran. Detta ytprotein visade sig kunna binda flera metaller. Ytproteinet lämnar sedan ifrån sig metallen till de två andra komponenterna. Porproteinet åstadkommer ett hål genom bakteriens membran, och det energiförbrukande proteinet på insidan ger systemet möjlighet att föra metallen in i bakterien. Vi har visat att när detta transportsystem slås ut, minskar bakteriens upptag av tre metaller: järn, zink, och mangan. Bakterierna delar sig då långsammare, och endast genom tillsats av extra mangan återfår de normal delningshastighet. När transportsystemet är utslaget blir bakterierna särskilt känsliga för fria syreradikaler. Omhändertagande av syreradikaler är viktigt för att bakterierna skall kunna hantera en syrerik miljö. När streptokockerna saknar transportsystemet får de brist på mangan, vilket omöjliggör inaktivering av syreradikaler via ett mangan-beroende enzym. I en annan studie visar vi att ett ytprotein hos pneumokocker binder ett blodprotein till bakteriens yta. Detta blodprotein, faktor H, är ett centralt protein vid reglering av det s k komplementsystemet. Komplementsystemet utgör kärnan i det medfödda immunförsvaret, och aktiveras när kroppsfrämmande ytor uppträder i värden. Genom en serie självförstärkande processer utklädes den främmande ytan med ett protein som igenkänns av vita blodkroppar. Dessa kan då sluka och döda t ex bakterier. Faktor H hämmar aktivering av komplementsystemet, och när bakterien fångar in detta protein på sin yta kan faktor H motverka aktivering av komplement på bakterieytan. Därigenom ökar pneumokockens chanser att undkomma immunförsvaret. Kartläggning av bakteriers arvsmassa äger idag rum i stor skala. Fullständiga DNA-sekvenser finns tillgängliga för många olika bakterier, och datorverktyg har blivit ett centralt hjälpmedel inom mikrobiologisk forskning. Vi har utvecklat ett igenkänningsmönster för bakteriella proteiner som förankras i den Gram-positiva bakteriens cellvägg. Mönstret utvecklades genom analys av 65 tidigare kända cellväggsförankrade proteiner. Vi utvärderade sedan dess tillämpbarhet genom att leta efter gener i DNA-databaser. Vid en genomsökning av drygt 4 miljoner baspar DNA från fem olika bakterier, fann vi 35 gener som förmodligen kodar för cellväggsförankrade proteiner. Nitton av dessa var tidigare okända. Sådana proteiner utgör potentiella vaccinkandidater, och identifiering av dessa kan möjliggöra effektivare behandling av flera viktiga infektionssjukdomar. (Less)
Abstract
Despite the availability of antibiotics and modern health care, infectious diseases continue to cause great suffering and costs. Bacterial surface proteins are important for the interaction between host and pathogen. This thesis gives an overview of the importance of bacterial surface proteins in Gram-positive bacteria, particularly Streptococcus pneumoniae and Streptococcus pyogenes. A novel contribution is the identification and characterization of a metal transport system in S. pyogenes, with broad specificity for trace metals. We have showed that this transporter, MtsABC, mediates bacterial acquisition of iron, zinc, and manganese. A MtsABC-deficient strain had attenuated virulence, and was highly susceptible to oxidative stress. We... (More)
Despite the availability of antibiotics and modern health care, infectious diseases continue to cause great suffering and costs. Bacterial surface proteins are important for the interaction between host and pathogen. This thesis gives an overview of the importance of bacterial surface proteins in Gram-positive bacteria, particularly Streptococcus pneumoniae and Streptococcus pyogenes. A novel contribution is the identification and characterization of a metal transport system in S. pyogenes, with broad specificity for trace metals. We have showed that this transporter, MtsABC, mediates bacterial acquisition of iron, zinc, and manganese. A MtsABC-deficient strain had attenuated virulence, and was highly susceptible to oxidative stress. We also observed reduced functionality of a manganese-dependent superoxide dismutase. Another contribution is the identification of a factor H-binding inhibitor of complement (Hic) in S. pneumoniae. This surface protein is encoded by the pspC locus, but homology between Hic and PspC is limited to the N-terminal part of the proteins. Hic binds fH with high affinity, and without interfering with the complement inhibitory effect of fH. FH is a major complement regulatory protein, and recruitment of fH to the bacterial surface may impair the activation of the alternative pathway. A bioinformatic work is also presented, where we develop and refine a pattern for computerized identification of cell wall-attached proteins (CWPs) in genomes from Gram-positive bacteria. Application of the pattern resulted in identification of 35 genes encoding putative CWPs, 19 of which were previously unknown. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Cleary, Patrick, University of Minnesota, USA
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
ABC transport, complement, surface protein, Gram-positive, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Klinisk biologi, Clinical biology
pages
154 pages
publisher
Center for Molecular Biomedicine, Lund University
defense location
GK-salen, BMC, Sölvegatan 19
defense date
2002-01-11 10:15
ISBN
91-628-5068-7
language
English
LU publication?
yes
id
29cc87bf-703b-4245-aab8-758ebfd71d54 (old id 42236)
date added to LUP
2007-06-21 10:27:42
date last changed
2016-09-19 08:45:05
@misc{29cc87bf-703b-4245-aab8-758ebfd71d54,
  abstract     = {Despite the availability of antibiotics and modern health care, infectious diseases continue to cause great suffering and costs. Bacterial surface proteins are important for the interaction between host and pathogen. This thesis gives an overview of the importance of bacterial surface proteins in Gram-positive bacteria, particularly Streptococcus pneumoniae and Streptococcus pyogenes. A novel contribution is the identification and characterization of a metal transport system in S. pyogenes, with broad specificity for trace metals. We have showed that this transporter, MtsABC, mediates bacterial acquisition of iron, zinc, and manganese. A MtsABC-deficient strain had attenuated virulence, and was highly susceptible to oxidative stress. We also observed reduced functionality of a manganese-dependent superoxide dismutase. Another contribution is the identification of a factor H-binding inhibitor of complement (Hic) in S. pneumoniae. This surface protein is encoded by the pspC locus, but homology between Hic and PspC is limited to the N-terminal part of the proteins. Hic binds fH with high affinity, and without interfering with the complement inhibitory effect of fH. FH is a major complement regulatory protein, and recruitment of fH to the bacterial surface may impair the activation of the alternative pathway. A bioinformatic work is also presented, where we develop and refine a pattern for computerized identification of cell wall-attached proteins (CWPs) in genomes from Gram-positive bacteria. Application of the pattern resulted in identification of 35 genes encoding putative CWPs, 19 of which were previously unknown.},
  author       = {Janulczyk, Robert},
  isbn         = {91-628-5068-7},
  keyword      = {ABC transport,complement,surface protein,Gram-positive,Streptococcus pyogenes,Streptococcus pneumoniae,Klinisk biologi,Clinical biology},
  language     = {eng},
  pages        = {154},
  publisher    = {ARRAY(0xa046380)},
  title        = {Studies on surface proteins of Gram-positive bacteria},
  year         = {2001},
}