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Das Gram-positive Bakterium S. aureus besiedelt rund 20 % der Menschen persistent und asymptomatisch, während sich bei den anderen Phasen der Kolonisation und Nicht-Kolonisation abwechseln. Als opportunistisches Pathogen kann S. aureus seinen Wirt auch infizieren und eine Vielzahl von Krankheitsbildern hervorrufen. Diese reichen von oberflächlichen Haut- und Weichteilinfektionen bis hin zu komplexen Infektionsgeschehen wie der Sepsis und können den Tod der betroffenen Person zur Folge haben. Antibiotika-resistente Varianten wie Methicillin-resistente S. aureus (MRSA) verkomplizieren die Therapie und sind als „Krankenhauskeime“ gefürchtet. Die Kolonisierung und Infektion mit MRSA beschränkt sich allerdings nicht nur auf Gesundheitseinrichtungen, sondern etablierte sich auch in der Allgemeinbevölkerung sowie in Landwirtschaftsbetrieben. Da S. aureus neben dem Menschen ebenfalls eine Vielzahl von Wild- und Nutztieren kolonisieren und infizieren kann, welche als Reservoir, Überträger sowie als Brutstätten neuer Varianten fungieren, ist ein holistischer Ansatz wie das „One Health“-Konzept gefordert, um Ausbreitung und Infektionen unter Kontrolle zu halten. Dies erfordert geeignete Tiermodelle, um die komplexen Interaktionen von S. aureus mit seinem Wirt zu analysieren und therapeutisch zu beeinflussen. Am häufigsten werden dafür etablierte Labormaus-Stämme (z.B. C57BL/6, BALB/c) eingesetzt und mit S. aureus-Stämmen des Menschen kolonisiert oder infiziert. Weil S. aureus jedoch einen Wirtstropismus ausbildet, ist die Aussagekraft solcher Mausmodelle durch die Inkompatibilität zwischen Erreger und Wirt limitiert. Manche Aspekte der Wirt-Pathogen-Interaktion lassen sich in diesen Modellen gar nicht untersuchen. Hier könnten murin-adaptierte S. aureus-Stämme eine bessere Option sein, zumal Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass Mäuse natürliche Wirte von S. aureus sind. In dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, ob Befunde aus dem Menschen in der Maus repliziert werden können, wo die Limitationen von Mausmodellen liegen und wie mögliche Optimierungsansätze aussehen könnten. Weitere Schwerpunkte lagen auf Analysen der Populationsstruktur von S. aureus in murinen Spezies unterschiedlicher Habitate und der Adaptation muriner S. aureus-Isolate an ihren Wirt. Außerdem wurden Maus-adaptierte Stämme in Infektions- und Kolonisationsmodellen eingesetzt, um ihre Eignung im Mausmodell zu testen. In einer Originalarbeit (Mrochen et al.; Front. Immunol.; 2021) haben wir anhand der Immunantwort auf die beiden S. aureus-Virulenzfaktoren SplB und GlpQ beschrieben, dass Daten aus klinischen Studien in der Maus rekapituliert werden können. S. aureus-naive Mäuse zeigten nach Vakzinierung mit SplB eine sehr ähnliche Polarität der Immunantwort wie Menschen nach natürlicher Besiedlung/Infektion mit S. aureus. Mäuse reagierten mit einer Th2-Antwort auf das nicht-adjuvantierte Protein SplB, zudem war die Anzahl an Eosinophilen in der Milz signifikant erhöht. Im Serum der Mäuse ließ sich SplB-spezifisches IgE messen. Damit spiegelte das Mausmodell den beim Menschen bekannten Typ2-Bias der Immunreaktion auf Spls von S. aureus wider. GlpQ löste hingegen ohne Adjuvans keine messbare Immunreaktion aus, hatte also eine geringe Immunogenität. Dies zeigt, dass S. aureus-naive Mäuse sich dazu eignen könnten, die intrinsische Immunogenität und das Immunpolarisationspotential von S. aureus-Proteinen zu untersuchen, was für die Entwicklung von S. aureus-Vakzinen von Bedeutung ist. In einem Übersichtsartikel (Mrochen et al.; Int. J. Mol. Sci.; 2020) haben wir die Limitationen von konventionellen S. aureus-Infektionsmodellen, bei denen Mäuse mit human-adaptierten S. aureus-Isolaten infiziert werden, veranschaulicht und Alternativen aufgezeigt. Zunächst stellten wir den Wirtstropismus von S. aureus und Mechanismen der Wirtsanpassung dar. Darauf aufbauend diskutierten wir einige Limitationen konventioneller Mausmodelle. Wir betrachteten Aspekte der genetischen Variation der verwendeten Maus- und S. aureus-Stämme, wirtsspezifische Virulenzfaktoren, Unterschiede des humanen und murinen Immunsystems, den Einfluss des murinen Mikrobioms und der verwendeten Infektionsdosen. Zusammenfassend kann dazu gesagt werden, dass durch die Inkompatibilitäten zwischen humanen S. aureus-Isolaten und der Maus die bakterielle Fitness und Virulenz eingeschränkt ist. Dies kann die Aussagekraft von Experimenten massiv einschränken. Beispielsweise können in ihrer Affinität verminderte Rezeptor-Ligand-Interaktionen die Akquisition von Nährstoffen erschweren und die Wirkungslosigkeit bestimmter Virulenzfaktoren (wie z.B. Superantigenen) die Immunevasion behindern. Wir haben daraufhin alternative Modell-Ansätze vorgestellt und diskutiert, welche unterschiedliche Aspekte der Wirt-S. aureus-Interaktion verbessern sollen (humanisierte Mäuse, dirty mice, Wildlinge). Die ebenfalls mögliche Verwendung murin-adaptierter S. aureus-Stämme beseitigt Inkompatibilitäten zwischen Maus und S. aureus komplett, kann aber manche humanspezifischen Vorgänge nicht modellieren. In zwei weiteren Originalarbeiten (Mrochen et al.; Int. J. Med. Microbiol.; 2018 und Raafat et al.; Toxins; 2020) haben wir die Populationsstruktur von S. aureus in Labormäusen bzw. Ratten unterschiedlicher Habitate (Labor, Wildnis) beschrieben und die Adaptation der Bakterien an diese Wirte dargestellt. Rund um den Globus sind Labormäuse mit S. aureus besiedelt. Einige murine Isolate gehörten zu klonalen Komplexen wie CC1, CC5, CC8 und CC15, die sich auch beim Menschen finden, sodass hier eine Übertragung vom Menschen auf die Maus wahrscheinlich ist. Dennoch zeigten viele der Isolate eindeutige Zeichen einer Wirtsadaptation. So waren humanspezifische Virulenzfaktoren seltener als bei humanen Referenzisolaten gleicher Linien vorhanden. 47 % der Isolate gehörten jedoch zum klonalen Komplex CC88, der selten beim Menschen ist. Diese Linie war in Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe bereits als murin-adaptiert identifiziert worden, was sich hier bestätigte. Bei Laborratten zeigte sich ein ähnliches Bild. Auch hier wurden viele Stämme isoliert, die zu typisch humanen Linien (z.B. CC1, CC8, CC15) gehören, außerdem CC88-Isolate. Sie zeigten Zeichen einer Adaptation an Ratten. S. aureus-Isolate aus Wildratten und aus von Wildratten abstammenden Ratten in Gefangenschaft besaßen eine vollkommen andere Populationsstruktur. Hier fanden sich u.a. Linien (CC49, CC130, ST890), die wir in einer anderen Studie aus Wildmäusen isoliert haben. Auch sie wiesen die Zeichen einer Wirtsadaptation auf. Diese Studien zeigen, dass die Besiedlung von Labormäusen und -ratten durch S. aureus weit verbreitet ist und vermutlich meist vom Menschen ausgeht. Dennoch weisen die Laborstämme Anzeichen einer Adaptation an die Nager auf, was eine längere Kontaktzeit voraussetzt, die diese evolutionären Vorgänge ermöglicht. Die Besiedlung der Labortiere hat zudem Folgen für die Konstitution des Immunsystems, da es auf dieses Bakterium geprimt wird. Weiterhin kann eine Besiedlung zu opportunistischen Infektionen führen. Folglich sollte bei Experimenten stets der S. aureus-Besiedlungsstatus erfasst werden, um einen etwaigen Einfluss auf die erzielten Ergebnisse ausschließen bzw. nachweisen zu können. Bei Wildnagern und ihren Verwandten weist S. aureus eine andere Populationsstruktur auf, welche über einen gewissen Zeitraum auch in Gefangenschaft stabil zu sein scheint. Wildtiere sind damit ein bedeutendes Reservoir und potentielle Überträger von S. aureus, aber ebenfalls eine Quelle neuer Stämme, die zu Forschungszwecken eingesetzt werden könnten. In zwei weiteren Originalarbeiten (Trübe et al.; Int. J. Med. Microbiol.; 2019 und Fernandes et al.; Microorganisms; 2021) haben wir die Eignung verschiedener murin-adaptierter Stämme in Infektions- und Kolonisationsmodellen diskutiert. S. aureus-Isolate aus Wild- und Labormäusen wurden in BALB/c-Mäusen mit dem humanen Stamm Newman verglichen. Ein CC49-Isolat (S. aureus DIP), das aus Rötel- und Gelbhalsmäusen stammte, erwies sich als besonders virulent und provozierte selbst in einer im Vergleich mit dem Stamm Newman zehnfach geringeren Infektionsdosis vergleichbare Symptome und Immunreaktionen. Die geringere Infektionsdosis ist wahrscheinlich klinisch relevanter, da pathophysiologische Eigenschaften von S. aureus auch dichteabhängig reguliert werden (quorum sensing). In einem Kolonisationsmodell mit dem murin-adaptierten Laborstamm JSNZ wurde die dekolonisierende Wirkung von Aurintricarbonsäure (ATA) evaluiert. ATA war zuvor in breit angelegten in vitro-Screenings als potenter Adhäsionsinhibitor identifiziert worden. C57BL/6-Mäuse wurden mit JSNZ kolonisiert und anschließend mit ATA behandelt. Leider war ATA im Mausmodell wirkungslos, während mit der in der Klinik eingesetzten Kontrollsubstanz Mupirocin eine vollständige Dekolonisation erreicht werden konnte. JSNZ bestätigte sich jedoch als persistierender Besiedler der Maus. Dieses Besiedlungsmodell ist daher sehr gut geeignet, um neue Agenzien für eine S. aureus-Dekolonisierung zu testen oder die Wirt-Pathogen-Interaktion bei der Kolonisation im Detail zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sich Mausmodelle besser für die Forschung an S. aureus eignen als bisher angenommen. Trotzdem muss die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen stets kritisch überprüft werden. Die Maus-adaptierten S. aureus-Stämme sind ein neues und potentes Werkzeug, die S. aureus-Forschung zu optimieren. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, Mäuse persistent zu kolonisieren, wie dies typisch für die Interaktion von S. aureus mit seinem menschlichen Wirt ist. Diese wichtige Facette im Zusammenspiel zwischen dem Erreger und seinem Wirt wird nun erstmals der experimentellen Forschung zugänglich.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is among the most common infectious agents, burdening the global health care system and challenging physicians. Thus, the demand for vaccination is increasing, and despite many attempts, no vaccine is currently available. The iron-regulated surface determinant protein B (IsdB) is a highly conserved surface protein of S. aureus. It has an essential role in bacterial iron acquisition and cell attachment, functioning as a fitness factor. It has been shown that IsdB is critical for S. aureus virulence and growth in iron-restricted conditions, such as the human host. Therefore, IsdB was studied as a vaccine candidate. A nonadjuvant vaccine (V710) was developed based on IsdB, which showed promising results in the preclinical, phase I, and phase IIa trials. Unexpectedly, in a phase IIb/III, in cardiothoracic surgery patients that were infected by S. aureus, mortality was significantly higher in the vaccinated group than the placebo. Despite increased antibody levels against IsdB in the vaccinated patients, V710 failed to prevent S. aureus infection. Therefore, a better understanding of the interaction between S. aureus and the immune system is required. We have discovered that IsdB has an important role in host-pathogen interaction. This bacterial protein activated human monocytes and murine bone marrow-derived dendritic cells (mBMDCs) to produce proinflammatory cytokines, such as IL-6, TNF-α, IL-12, IL-23, IL-33, and IL-1β. In silico molecular docking and DimPlot analysis predicted that IsdB binds to -TLR4 via non-covalent interactions. Microscale thermophoresis confirmed that IsdB has a high affinity to recombinant human TLR4 in the nanomolar range. Inhibition of TLR4 completely abolished the production of all the cytokines mentioned above in both cell types. Furthermore, we characterized the TLR4 signaling pathway triggered by IsdB. In human monocytes, blocking the myeloid differentiation factor 88 (MyD88) adaptor protein and NF-κβ transcription factor caused complete abrogation of proinflammatory cytokines in response to IsdB, revealing that IsdB induces cytokine release via the TLR4-MyD88-NF-κβ dependent pathway. The consistent release of IL-1β suggested that IsdB induced activation of the inflammasome, a multi-molecular complex known to play a crucial role in innate immunity. We corroborated our observations in human monocytes and mBMDCs by inhibiting essential components of the NLRP3 inflammasome. Blocking NLRP3, caspases in general and caspase-1 completely inhibited the release of IL-1β. In monocytes, IsdB alone was sufficient to induce NLRPdependent IL-1β release, suggesting an alternative pathway of inflammasome activation. In contrast, mBMDCs required an additional stimulus, such as ATP or MSU (known stress signals) besides IsdB, to release IL-1β, indicating a classical inflammasome activation. These results demonstrate that IsdB induces the release of IL-1β via the TLR4-NLRP3-Caspase-1 axis. Next, we addressed the molecular mechanisms involved in IsdB-induced IL-1β in monocytes. A low concentration of intracellular potassium (K+) resulting from K+ efflux is known to trigger the NLRP3 inflammasome-mediated IL-1β release. We demonstrated that blocking potassium efflux by inhibition of ion channels, such as pannexin channels (P2X)7, and addition of extracellular KCl significantly reduced IsdB-induced IL-1β. Other common inflammasome activators, such as phagolysosome rupture and reactive oxygen species (ROS), did not contribute to the release of IL-1β in response to IsdB. In summary, we revealed yet another role of IsdB beyond iron acquisition from Hb and attachment to the host cells via vitronectin and integrins. It is conceivable that IsdB’s interaction with innate immune cells modulates the quality of the adaptive immune response, showing a new facet in the pathogen-host relationship of S. aureus that should be considered in future vaccine development.

Infection and inflammation can augment local Na+ abundance. These increases in local Na+ levels boost proinflammatory and antimicrobial macrophage activity and can favor polarization of T cells towards a proinflammatory Th17 phenotype. Although neutrophils play an important role in fighting intruding invaders, the impact of increased Na+ on the antimicrobial activity of neutrophils remains elusive. Here we show that, in neutrophils, increases in Na+ (high salt, HS) impair the ability of human and murine neutrophils to eliminate Escherichia coli and Staphylococcus aureus. High salt caused reduced spontaneous movement, degranulation and impaired production of reactive oxygen species (ROS) while leaving neutrophil viability unchanged. High salt enhanced the activity of the p38 mitogen-activated protein kinase (p38/MAPK) and increased the interleukin (IL)-8 release in a p38/MAPK-dependent manner. Whereas inhibition of p38/MAPK did not result in improved neutrophil defense, pharmacological blockade of the phagocyte oxidase (PHOX) or its genetic ablation mimicked the impaired antimicrobial activity detected under high salt conditions. Stimulation of neutrophils with phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA) overcame high salt-induced impairment in ROS production and restored antimicrobial activity of neutrophils. Hence, we conclude that high salt-impaired PHOX activity results in diminished antimicrobial activity. Our findings suggest that increases in local Na+ represent an ionic checkpoint that prevents excessive ROS production of neutrophils, which decreases their antimicrobial potential and could potentially curtail ROS-mediated tissue damage.

Our modern understanding of the hygiene hypothesis is that bacteria are not only the cause of disease but also essential for a healthy immune response and regulation. Varied microbial exposure prenatally and in early childhood protects us from pathological immune reactions such as autoimmune diseases and allergies. Against this background, the hypothesis that bacteria can act as allergens appears paradoxical. Nevertheless, there is growing evidence that Staphylococcus aureus (S. aureus) is associated with allergic reactions and serine protease-like proteins (Spls) produced by S. aureus have been identified as pacemakers of allergic reactions. To open prospects for treatment or causal therapy in patients at risk, the underlying mechanism of allergy induction by Spls was studied, focusing on the IL-33 pathway in airway inflammation. In a murine asthma model C57BL/6 J wild-type mice were repeatedly exposed to SplD via intratracheal application. After two weeks a Th2-biased inflammatory response was observed in the airways: IL-33 and eotaxin production, eosinophilia, bronchial hyperreactivity, and goblet cell hyperplasia. Blocking IL-33 activity with its soluble receptor ST2 counteracted these effects: significantly decreased numbers of eosinophils, IL-13+ type 2 ILCs, IL-13+CD4+ T cells as well as reduced IL-5 and IL-13 production by lymph node cells were observed. This study indicates that SplD induces allergic airway inflammation via the IL-33/ST2 axis. IL-33 upregulation was not accompanied by cell death, which indicates that IL-33 may not be passively released by dying cells but actively secreted by the airway epithelium. Future identification of the physiological substrates of the Spls may help to shed light on the source of IL-33 in SplD-induced airway inflammation. While the causes of allergy induction by S. aureus Spls were addressed by investigating the underlying mechanism, the consequences of this were also of interest: Does the pro-allergenic response to S. aureus affect patients exposed to S. aureus in their airways? Therefore, the humoral and cellular immune response against Spls was studied in cystic fibrosis (CF) patients who are more frequently colonized with S. aureus than the healthy population and suffer from frequent recurrent airway infections. In this patient cohort a Th2 shift of the Spl-specific immune response became evident, including high Spl-specific serum IgE levels, strong induction of Th2 cell differentiation and production of type 2 cytokines following ex vivo stimulation with recombinant Spls. The observed response seems to be specific for Spls rather than being a general feature of S. aureus proteases since other putative allergens of S. aureus (ScpA, SspB) did not show increased IgE binding in CF sera. The Th2-driven immune response might impede antibacterial clearance and worsen the clinical picture. Larger clinical studies are needed to validate this notion by correlating the anti-S. aureus immune response with clinical parameters and testing new therapy options. These results and findings shed light on a novel, possibly underestimated facet of the immune response against S. aureus and give impetus for further research on bacterial allergens in general, reaching beyond the species S. aureus.

Our goal was to provide a comprehensive overview of the antibody response to Staphylococcus aureus antigens in the general population as a basis for defining disease-specific profiles and diagnostic signatures. We tested the specific IgG and IgA responses to 79 staphylococcal antigens in 996 individuals from the population-based Study of Health in Pomerania. Using a dilution-based multiplex suspension array, we extended the dynamic range of specific antibody detection to seven orders of magnitude, allowing the precise quantification of high and low abundant antibody specificities in the same sample. The observed IgG and IgA antibody responses were highly heterogeneous with differences between individuals as well as between bacterial antigens that spanned several orders of magnitude. Some antigens elicited significantly more IgG than IgA and vice versa. We confirmed a strong influence of colonization on the antibody response and quantified the influence of sex, smoking, age, body mass index, and serum glucose on anti-staphylococcal IgG and IgA. However, all host parameters tested explain only a small part of the extensive variability in individual response to the different antigens of S. aureus.

Staphylococcus aureus(S. aureus) is a pathobiont of humans as well as a multitude of animalspecies. The high prevalence of multi-resistant and more virulent strains ofS. aureusnecessitatesthe development of new prevention and treatment strategies forS. aureusinfection. Major advancestowards understanding the pathogenesis ofS. aureusdiseases have been made using conventionalmouse models, i.e., by infecting naïve laboratory mice with human-adaptedS. aureusstrains. However,the failure to transfer certain results obtained in these murine systems to humans highlights thelimitations of such models. Indeed, numerousS. aureusvaccine candidates showed promising resultsin conventional mouse models but failed to offer protection in human clinical trials. These limitationsarise not only from the widely discussed physiological differences between mice and humans, but alsofrom the lack of attention that is paid to the specific interactions ofS. aureuswith its respectivehost. For instance, animal-derivedS. aureuslineages show a high degree of host tropism and carry arepertoire of host-specific virulence and immune evasion factors. Mouse-adaptedS. aureusstrains,humanized mice, and microbiome-optimized mice are promising approaches to overcome theselimitations and could improve transferability of animal experiments to human trials in the future.

Sepsis ist die dritthäufigste Todesursache in Deutschland und verursacht jährliche Krankenhauskosten von mehr als 8 Mrd. €. Über die Pathophysiologie ist noch immer vieles unbekannt. Bei der Bekämpfung von extrazellulären Infektionserregern spielt vor allem das humorale Immunsystem eine wichtige Rolle, da die von B-Zellen/ Plasmazellen gebildeten Antikörper wichtige antiinfektive Agenzien darstellen. Dennoch ist die Rolle der B-Zellen bei einer Sepsis nicht gut verstanden. Ergebnisse aus Mausmodellen, aber auch aus klinischen Studien mit Sepsispatienten zeigen einerseits die vermehrte Apoptose von B-Zellen, anderseits wurde auch eine polyklonale B-Zellaktivierung beschrieben, die mit einem unspezifischen Anstieg der Antikörperkonzentrationen im Blut einhergeht. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob während einer systemischen bakteriellen Infektion, wie der Sepsis, auch eine Erreger-spezifische Antikörperantwort ausgebildet wird. Mit Hilfe von zwei serologischen Assays wurde die Antikörperantwort von Sepsispatienten gegen extrazelluläre Proteine von 16 typischen Sepsiserregern bestimmt. Anhand von Plasmaproben aus zwei prospektiven Studien konnte die Antikörperkinetik von einem Zeitpunkt vor der klinischen Diagnose bis maximal 16 Tage nach Diagnose ermittelt werden. Mittels eines Simple Western Assays - einem semi-quantitativen Immunoblot-Assay - wurde zunächst die Erreger-spezifische Antikörperantwort von Patienten mit einer vorliegenden mikrobiologischen Erregerdiagnose untersucht. 54 % der Patienten zeigten eine spezifische humorale Immunantwort gegen den mikrobiologisch diagnostizierten Erreger, wohingegen die Antikörperspiegel für das Kontrollantigen TT unverändert blieben. Zur Untersuchung der zweiten Patientenkohorte wurde ein Bead-basierter Suspensions-Array auf Grundlage der xMAP-Technologie (Luminex®) entwickelt. Der Infection Array ermöglichte die gleichzeitige Quantifizierung der spezifischen Antikörperantwort gegen 16 verschiedene Erreger. Bei 64 der 76 untersuchten Patienten wurden Anstiege der IgG-Antikörper gegen einen oder mehrere dieser Erreger beobachtet. In 62,5 % der Fälle stimmten diese Anstiege mit der mikrobiologischen Diagnose überein. Bei 20/64 Patienten wurden signifikante Anstiege der IgG-Spiegel spezifisch für einen oder zwei Erreger nachgewiesen, in 44/64 Fällen wurden Anstiege gegen mehr als zwei Erreger beobachtet. Bei Letzteren richtete sich die Antikörperantwort hauptsächlich gegen Enterokokken und Enterobacteriaceae, was primär auf zwei Ursachen zurückgeführt werden kann: (i) Ein Großteil dieser Patienten hatte einen intraabdominellen Infektionsfokus. Polymikrobielle Infektionen durch endogene Darmbakterien, typischerweise verursacht durch eine Darmruptur oder die Insuffizienz einer chirurgischen Darmnaht, sind hierbei ein plausibler Befund, der der mikrobiologischen Diagnostik offenbar häufig entgeht. (ii) Außerdem können Sepsis-bedingte Organstörungen zu einer gesteigerten Darmpermeabilität führen, die wiederum die Translokation intestinaler Bakterien erleichtert. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen den Schluss zu, dass die beobachteten Antikörperreaktionen auf eine Antigen-spezifische Memoryantwort zurückzuführen sind. In etwa 2/3 der Fälle wird eine Sepsis endogen durch Bakterien des eigenen Mikrobioms verursacht. Entsprechend war es nicht überraschend, dass gegen alle untersuchten Erreger bereits vor der Infektion und auch bei gesunden Kontrollpersonen basale antibakterielle IgG-Spiegel gemessen wurden. Zudem waren die IgG-Anstiege oft bereits zwischen Tag 0 und Tag 8 zu beobachten. Bei einer Primärantwort mit dem Erreger würde die Aktivierung der Zellen und der Klassenwechsel der Antikörper deutlich mehr Zeit erfordern. Die Untersuchung der Erreger-spezifischen Antikörperantwort hat gezeigt, dass ein serologischer Assay Rückschlüsse auf den Infektionserreger zulässt. Außerdem zeigen die Daten, dass auch Kommensale wie Darmbakterien das Immunsystem prägen, was wiederum Einfluss auf die humorale Immunantwort während einer Infektion haben kann. Dieser Aspekt wird bei Mausmodellen oft vernachlässigt, kann aber entscheidend für die Translation der Ergebnisse aus Tierversuchen auf den Menschen sein. Aber auch diagnostisch bietet der Infection Array Einsatzmöglichkeiten. Im Gegensatz zur konventionellen Erregerdiagnostik ist die Serologie robust gegenüber einer bereits begonnenen Antibiotikagabe, und sie könnte dabei helfen, zwischen einer Kontamination und dem Infektionserreger zu unterscheiden, z. B. im Fall von KNS wie S. epidermidis. Ebenso wäre der Einsatz bei Biofilm-assoziierten Infektionen wie z. B. Protheseninfektionen oder Endokarditis denkbar. Hier besteht die Infektion oft bereits lange asymptomatisch, bevor sie klinisch diagnostiziert wird. Bei Diagnose bestehen meist bereits erhöhte Antikörperspiegel, die sich von denen gesunder Individuen unterscheiden. Ein serologischer Test könnte hier invasive Eingriffe, um an Material für die mikrobiologische Diagnose heranzukommen, reduzieren und die Sensitivität der Erregerdiagnostik erhöhen. Durch den Einsatz rekombinanter Proteine kann die Spezifität des Assays in der Zukunft erhöht werden. Zu diesem Zweck wurden in dieser Arbeit bereits erste immunogene Proteine identifiziert. Durch die Verwendung rekombinanter Proteine wäre zudem zukünftig die Erweiterung des Erregerpanels um typische, aber womöglich schwerkultivierbare Erreger möglich. Damit könnte die Sepsisforschung Neuland betreten.

Abstract Background Heparin induced thrombocytopenia (HIT) is likely a misdirected bacterial host defense mechanism. Platelet factor 4 (PF4) binds to polyanions on bacterial surfaces exposing neo‐epitopes to which HIT antibodies bind. Platelets are activated by the resulting immune complexes via FcγRIIA, release bactericidal substances, and kill Gram‐negative Escherichia coli. Objectives To assess the role of PF4, anti‐PF4/H antibodies and FcγRIIa in killing of Gram‐positive bacteria by platelets. Methods Binding of PF4 to protein‐A deficient Staphylococcus aureus (SA113Δspa) and non‐encapsulated Streptococcus pneumoniae (D39Δcps) and its conformational change were assessed by flow cytometry using monoclonal (KKO,5B9) and patient derived anti‐PF4/H antibodies. Killing of bacteria was quantified by counting colony forming units (cfu) after incubation with platelets or platelet releasate. Using flow cytometry, platelet activation (CD62P‐expression, PAC‐1 binding) and phosphatidylserine (PS)‐exposure were analyzed. Results Monoclonal and patient‐derived anti‐PF4/H antibodies bound in the presence of PF4 to both S. aureus and S. pneumoniae (1.6‐fold increased fluorescence signal for human anti‐PF4/H antibodies to 24.0‐fold increase for KKO). Staphylococcus aureus (5.5 × 104cfu/mL) was efficiently killed by platelets (2.7 × 104cfu/mL) or their releasate (2.9 × 104cfu/mL). Killing was not further enhanced by PF4 or anti‐PF4/H antibodies. Blocking FcγRIIa had no impact on killing of S. aureus by platelets. In contrast, S. pneumoniae was not killed by platelets or releasate. Instead, after incubation with pneumococci platelets were unresponsive to TRAP‐6 stimulation and exposed high levels of PS. Conclusions Anti‐PF4/H antibodies seem to have only a minor role for direct killing of Gram‐positive bacteria by platelets. Staphylococcus aureus is killed by platelets or platelet releasate. In contrast, S. pneumoniae affects platelet viability.