Hammerschmidt, S. Project

Wirtsadaptierter Metabolismus von bakteriellen Infektionserregern

The influence of glutamine transporters and global regulators on metabolism, colonization and virulence of Streptococcus pneumoniae
Sven Hammerschmidt, Prof. Dr.rer.nat.
Universität Greifswald

Doktorand: Christian Schulz

Projektbeschreibung:
Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) sind vielseitige humanpathogene Bakterien. Neben den Virulenzfaktoren ist vor allem die bakterielle Fitness der Pneumokokken für die Anpassung an seine verschiedenen Wirtsnischen und die Fähigkeit der Pneumokokken, lokale Entzündungen oder schwerwiegende invasive Erkrankungen (IPD) zu verursachen, entscheidend. Die Regulation des Aminosäuretransports oder der Zuckeraufnahme ist in diesem Zusammenhang von zentraler Bedeutung für die Fitness der Pneumokokken im Nasenrachenraum bzw. während der IPD. Da die Fitness und die Virulenz der Pneumokokken eng verknüpft sind, wollen wir in diesem Projekt die Rolle der metabolischen Regulatoren ArgR, GlnR, bzw. Rex, der Enzyme des Arginin-Deiminase Systems (ADS), und des Enzyms Zwf für die Fitness und Virulenz der Pneumokokken analysieren. Die Rolle dieser bakteriellen Faktoren für die Fitness, Virulenz und das intrazelluläre Überleben der Pneumokokken in den Phagozyten wird durch den Einsatz von entsprechenden Mutanten in Mausinfektions- bzw. Phagozytosexperimenten aufgeklärt. Des Weiteren wird die Bedeutung der Regulatoren und der metabolischen Enzyme für den Stoffwechsel der Pneumokokken in Isotopolomstudien und Metabolomstudien analysiert. Weiterhin werden wir den Metabolismus der Pneumokokken nach Aufnahme der Bakterien durch professionelle Phagozyten aufklären. Dazu werden die Isotopologprofile intrazellulärer Pneumokokken analysiert und die extra- und intrazellulären Metabolite der phagozytierten Pneumokokken bestimmt.


Summary:
Streptococcus pneumoniae (pneumococci) are versatile human pathogenic bacteria. Besides virulence factors, the maintenance of pneumococcal fitness during adaptation to different host milieus is also of central importance in causing local infections and invasive pneumococcal diseases (IPD) in humans. The regulation of amino acid uptake systems including glutamine transporters or sugar uptake systems is likely crucial for the fitness of pneumococci in the nasopharynx or during IPD. As bacterial fitness and virulence are tightly linked we will investigate the role of metabolic regulators such as ArgR, GlnR, or Rex, of the enzymes of the arginine deiminase system (ADS), and of the enzyme Zwf for pneumococcal fitness and virulence. Mice infection experiments and phagocytosis studies using macrophages and pneumococcal mutants deficient for the transcriptional regulators, ADS, and Zwf will be conducted to assess the impact of these bacterial factors on S. pneumoniae virulence and intracellular survival. The individual role of the regulators or metabolic enzymes on pneumococcal metabolism will be studied by applying isotopolomics and metabolomics. We will further decipher and compare the metabolism between pneumococci cultured under in vitro conditions in a synthetic medium and under in vivo conditions, i.e. when pneumococci were taken up by macrophages. This will be done by analysing the isotopologue profiles and monitoring the extracellular and intracellular bacterial metabolites of phagocytosed pneumococci.

Publications:

• Gamez, G., and S. Hammerschmidt (2012) Combat pneumococcal infections: adhesins as candidates for protein-based vaccine development. Curr Drug Targets 13(3):323-337. PMID: 22206255
• Hartel, T., E. Eylert, C. Schulz, L. Petruschka, P. Gierok, S. Grubmueller, M. Lalk, W. Eisenreich, and S. Hammerschmidt (2012) Characterization of the central carbon metabolism of Streptococcus pneumoniae by isotopologue profiling. J Biol Chem 287(6):4260-4274.
• Kreikemeyer, B., G. Gamez, I. Margarit, J.C. Giard, S. Hammerschmidt, A. Hartke, and A. Podbielski. 2010. Genomic organization, structure, regulation and pathogenic role of pilus constituents in major pathogenic Streptococci and Enterococci. Int J Med Microbiol 301(3):240-51.
• Hartel, T., M. Klein, U. Koedel, M. Rohde, L. Petruschka and S. Hammerschmidt (2011) Impact of glutamine transporters on pneumococcal fitness under infection related conditions. Infect Immun. 79(1):44-58.