Open Access

Max Brendel

• Teichonsäuren gehören zu den abundantesten Zellwandpolymeren Gram-positiver Bakterien. Sie werden entweder am Peptidoglykan verankert und bilden Wandteichonsäuren, oder sie werden über ein Glykolipid in der Zellmembran verankert und bilden so die Lipoteichonsäuren. Anders als in anderen Gram-positiven Organismen ist die Biosynthese und die chemische Struktur von Wandteichonsäuren und Lipoteichonsäuren in S. pneumoniae identisch. Lediglich der Transfer der Teichonsäurekette auf das Peptidoglykan beziehungsweise den Glykolipidanker unterscheidet die beiden Glykopolymere voneinander. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der LCP-Proteine von S. pneumoniae auf die Physiologie und Pathophysiologie der Pneumokokken untersucht. Mittels Durchflusszytometrie, Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie und Transmissions-Elektronenmikroskopie konnte gezeigt werden, dass die Proteinfamilie einen Einfluss auf die Menge des Kapselgehaltes hat, der von S. pneumoniae produziert und verankert werden kann. Weiterhin konnten verschiedene leichte morphologische Veränderungen der unterschiedlichen Mutanten nachgewiesen werden, sowie ein eingeschränktes Wachstum im Komplex- und Minimalmedium für einige der untersuchten lcp-Mutanten. In den in vivo Infektionsversuchen konnten für die unterschiedlichen Mutanten nur geringe Unterschiede beobachtet werden. Die Untersuchungen des Phosphorylcholingehaltes, mit welchen die Teichonsäuren von S. pneumoniae dekoriert sind, sowie das eingeschränkte Wachstumsverhalten, die erhöhte Anfälligkeit gegenüber verschiedenen Antibiotika und oxidativem Stress sowie die Ergebnisse der in vivo Experimente lassen vermuten, dass LytR und Psr an der Verankerung der Wandteichonsäuren beteiligt sind. Für eine abschließende Klärung sind jedoch weitere Studien notwendig. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Verlust der Lipoteichonsäuren zu einer gravierenden Veränderung der Membranzusammensetzung führt. Eine erhöhte Abundanz von Lipoproteinen in der Zellmembran konnte mittels Durchflusszytometrie beobachtet werden, was zu einem Verlust der Membranfluidität führte. Dieser Effekt ist abhängig vom untersuchten Serotypen und beeinflusst die die bakterielle Resistenz gegenüber oxidativem Stress sowie antimikrobiellen Peptiden. Weiterhin konnte für Stämme ohne Lipoteichonsäuren eine eingeschränkte Adhäsion an Epithelzellen des Nasopharynx gezeigt werden. Die beobachteten Veränderungen führen dazu, dass die Lipoteichonsäure-defizienten Stämme eine Attenuierung im Infektionsmodell von Galleria mellonella Larven aufweisen und eine verminderte Fähigkeit zur Kolonisierung der murinen Nasopharynx gezeigt werden konnte.
• Teichoic acids are among the most abundant cell wall polymers of Gram-positive bacteria. They are either anchored to the peptidoglycan and form wall teichoic acids, or they are anchored in the cell membrane via a glycolipid and thus form lipoteichoic acids. Unlike in other Gram-positive organisms, the biosynthesis and chemical structure of wall teichoic acids and lipoteichoic acids in S. pneumoniae is identical. Only the transfer of the teichoic acid chain to the peptidoglycan or the glycolipid anchor distinguishes the two glycopolymers from each other. In the present study, the influence of the LCP-proteins of S. pneumoniae on the physiology and pathophysiology of pneumococci was investigated. Using flow cytometry, field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, it was shown that the protein family has an influence on the amount of capsule content that can be produced and anchored by S. pneumoniae. Furthermore, various slight morphological changes of the different mutants could be detected, as well as restricted growth in complex and minimal medium for some of the lcp-mutants investigated. In the in vivo infection experiments, only minor differences were observed for the different mutants. The investigations of the phosphorylcholine content, with which the teichoic acids of S. pneumoniae are decorated, as well as the restricted growth behaviour, the increased susceptibility to various antibiotics and oxidative stress and the results of the in vivo experiments suggest that LytR and Psr are involved in the anchoring of the wall teichoic acids. However, further studies are necessary for a final clarification. In the second part of this work, it was shown that the loss of lipoteichoic acids leads to a serious change in membrane composition. An increased abundance of lipoproteins in the cell membrane was observed by flow cytometry, which led to a loss of membrane fluidity. This effect is dependent on the serotypes investigated and influences bacterial resistance to oxidative stress and antimicrobial peptides. Furthermore, limited adhesion to epithelial cells of the nasopharynx was demonstrated for strains without lipoteichoic acids. The observed changes lead to an attenuation of the lipoteichoic acid-deficient strains in the infection model of Galleria mellonella larvae and a reduced ability to colonise the murine nasopharynx.