Molekulare Basis der Extracellular matrix binding proteins (Embp)-vermittelten S. epidermidis Adhärenz an Fibronektin und Biofilmbildung auf künstlichen Oberflächen

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246586217

Zentrales Ziel der hier vorgeschlagenen Untersuchungen ist es, auf molekulaer Ebene funktionalen Einblick in die Embp vermittelte S. epidermidis Biofilmbildung zu erhalten und ihre Bedeutung für die Wirts Pathogen Interaktion während einer Implantat assoziierten Infektion zu beschreiben. Um diese Ziele zu erreichen sollen sowohl biochemische, molekularbiologische wie auch zellbiologische Methoden zur Anwendung kommen. Darüber hinaus soll ein dreidimensionales in vitro Implantat Infektionensmodell aufgebaut werden. Im ersten Teilabschnitt des Projektes sollen die exakten Determinanten der Wechselwirkung von Embp mit Fibronektin biochemisch beschrieben und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Bindung von S. epidermidis an Oberflächenorganisiertes Fibronektin (FN) funktionell charakterisiert werden. Hierbei soll auch der Einfluss dynamischer Konformationsänderungen und der damit einhergehenden Freilegung kryptischer Epitope (z.B. FN 12 bis 14) während der FN Fibrillogenese analysiert werden. Hintergrund: Die Bindung von S. epidermidis an Oberflächenorganisiertes FN ist von überragender Bedeutung für die Initialisierung einer Implantatassoziierten Infektion. Die exakten Determinanten dieser Wechselwirkung sind jedoch bislang nicht bekannt. Vorarbeiten unserer Gruppe zeigen, dass Embp notwendig für die S. epidermidis Bindung an FN ist. Die Wechselwirkung wird durch eine Bindung innerhalb der kryptischen FN Typ III Domänen 12 bis 14 realisiert. Im zweiten Teilabschnitt des Projektes soll ein dreidimensionales Modell einer Implantatassoziierten Infektion aufgebaut und validiert werden. Das Modell soll genutzt werden, um orts und zeitaufgelöst die Dynamik der Embp vermittelten Biofilmbildung zu beschreiben und die Wechselwirkung mit Zellen des Immunsystems zu charakterisieren. Hintergrund: Derzeit eingesetzte Modelle zur Analyse der S. epidermidis Biofilmbildung bilden nicht die komplexen Bedingungen einer Infektion an der Grenzfläche zwischen einem eingebrachten Implantat und dem umgebenden, aus Matrix aufgebautem Wirtsgewebe mit seinen ortständigen Zellen (z.B. Fibroblasten) ab. Diese spezifische Topographie, welche bei der Mehrzahl der Implantatassoziierten Infektionen nachweisbar ist (z.B. Gelenkprotheseninfektionen, Infektionen künstlicher Herzklappen) kann erheblichen Einfluss auf die Dynamik der S. epidermidis Biofilmbildung wie auch die Wechselwirkung von S. epidermidis mit Zellen des Immunsystems haben. Die geplanten Arbeiten werden nicht nur einen detaillierten molekularen Einblick in generelle Aspekte der Pathogenese bakterieller Infektionskrankheiten geben, sondern auch speziell zur Lösung zentraler Fragen zur Pathogenese Implantatassoziierter S. epidermidis Infektionen beitragen. Im Hinblick auf die außergewöhnliche Bedeutung dieser Infektionen ist es möglich, dass aus diesen Erkenntnissen heraus neue Strategien zur Therapie oder Prophylaxe Implantatassoziierter S. epidermidis Infektionen abgeleitet werden können.