Binding of plasma proteins by Staphylococcus epidermidis: characterisation of protein-protein interactions

Abstract: Popular Abstract in Swedish Sammanfattning på svenska Stafylokocker ingår i vår normala bakterieflora på hud och slemhinnor, men kan också ge upphov till infektioner. Staphylococcus aureus, den gula stafylokocken, är den vanligaste orsaken till sårinfektioner och "sjukhussjuka", och orsakar allvarliga djupa infektioner i ben, hjärta och andra inre organ, samt blodförgiftning. S. epidermidis, den vita stafylokocken, har mycket lägre sjukdomsframkallande förmåga och orsakade tidigare främst infektioner hos patienter med nedsatt infektionsförsvar. Nu är S. epidermidis och närbesläktade, s.k. koagulasnegativa stafylokocker, KNS, den viktigaste orsaken till infektioner i anslutning till främmande kroppar, biomaterial, som satts in för temporärt eller permanent bruk. Användningsområden för biomaterial är t.ex. katetrar i kärl för tillförsel av näring och medicin, bukkatetrar för dialys hos patienter med njursvikt, shunt och kateter i hjärnan för att avleda ryggmärgsvätska ("vattenskalle"), ögonlinser, ledproteser, hjärtklaffar och ersättning av kärldelar vid grav åderförkalkning. Infektioner med KNS har ett smygande förlopp och kan ge kliniska symptom upp till år efter insättandet. De är i princip omöjliga att behandla med antibiotika, utan leder till att materialet måste bytas ut. I anslutning till penicillinets upptäckt på 1940-talet trodde vi, att alla bakteriella infektioner kunde behandlas framgångsrikt med antibiotika. S. aureus utvecklade emellertid relativt snabbt motståndskraft (resistens) mot penicillin genom produktion av ett inaktiverande enzym. Numera sprids stammar, som är resistenta även mot enzymstabilt penicillin, s.k. methicillinresistenta S. aureus, MRSA, över stora delar av världen. Sverige är hitintills relativt förskonat, eftersom vi undersöker alla patienter och all personal, som har varit i kontakt med sjukvård utomlands för bärarskåp av MRSA, innan de läggs in på en allmän avdelning. Det senaste decenniet har även methicillinresistenta S. epidermidis , MRSE, spridits inom sjukvården. Detta har aktiverat forskning för att framställa ett stafylokockvaccin. För att göra detta måste de sjukdomsframkallande egenskaperna kartläggas. Hos S. aureus känner vi till ett 30-tal toxiner, t.ex. tampongsjuketoxin, enzymer och proteinbindande strukturer, som kan vara vidhäftningsfaktorer. Dessa binder kroppsproteiner i serum och vävnad under hud och slemhinnor, vilka exponeras vid skador på de senare, t.ex. brännskada. Tre proteiner, som binder fibrinogen, två, som binder fibronektin, och andra, som binder kollagen, vitronektin, trombospondin m.fl. har beskrivits. S. epidermidis producerar långt färre toxiner, enzymer och proteinbindande strukturer. Ett vitronektinbindande och ett fibrinogenbindande protein, samt en kolhydratstruktur har karakteriserats. Den allmänna uppfattningen är, att bindande strukturer, som uttrycks på bakteriens yta, kan vara viktiga som vaccinkandidater. I denna avhandling beskrivs vitronektinbindning närmare. Det viktigaste proteinet för vitronektinbindning är ett enzym, glucosaminidase (52 kDa), men även ett cysteine proteas, som utsöndras från bakterien (21 kDa), kan vara av klinisk betydelse. Vitronektinbindning hos KNS skiljer sig helt från den tidigare beskrivna hos S. aureus. Ett tidigare inte känt trombospondinbindande protein karakteriseras, och visas binda till en annan del av molekylen än den, som S. aureus binder till (en heparinbindande domän). Flera icke tidigare kända proteiner, som binder von Willebrand faktor, ett serumprotein, beskrivs. En del av dessa kunde också binda trombospondin. Bindning av clusterin, ett serumprotein med egenskaper liknande vitronektin, har karakteriserats. Proteiner kan exponera olika potentiellt bindande domäner, om de befinner sig i löslig form, t.ex. i serum, eller är immobiliserade på en fast yta, t.ex. ett biomaterial. S. epidermidis kunde binda clusterin endast i löslig form. Clusterinbindning av stafylokocker visades ge ökad komplementaktivering, så även om clusterinbindning inte är sannolik som vidhäftnings-mekanism, så kan den bidra till den inflammatoriska reaktionen och slemhinneskada, just genom att öka komplementaktiveringen. I en musmodell för blodförgiftning vaccinerades mössen med extrakt av ytskalet av S. aureus respektive S. epidermidis. Djuren bildade antikroppar mot identifierade strukturer hos båda bakterierna. När djuren sedan fick injektion av levande bakterier, var djuren som vaccinerats med ytextrakt av S. aureus skyddade mot allvarlig form av infektionen, medan de, som vaccinerats med S. epidermidis uppvisade visst skydd, men denna nådde ej statistisk signifikans. Slutsatsen är, att för S. aureus infektioner är identifiering av ytstrukturer, som ger skydd mot infektion en framkomlig väg för ett framtida stafylokockvaccin. För S. epidermidis och andra KNS är bilden inte lika klar. Här kan tillförsel av färdigframställda antikroppar, s.k. passiv immunisering, vara en framkomlig väg.