Analyse der Zellwand-Architektur von <em>Staphylococcus aureus</em> Stämmen mit reduzierter Vancomycin-Empfindlichkeit

Abstract

<em>Staphylococcus aureus</em> ist ein opportunistischer Erreger, der vor allem bei stationärer Patientenbehandlung zu teilweise schwerwiegenden Infektionen führt. Im Fall von multiresistenten Vertretern von <em>S. aureus</em> wird oftmals Vancomycin als Reserveantibiotikum zur Behandlung eingesetzt. Vancomycin ist ein Glykopeptid-Antibiotikum und bildet nicht-kovalente Wasserstoffbindungen zu den endständigen D-Ala-D-Ala-Resten von Lipid II, wodurch die Quervernetzung der Mureinschichten verhindert wird. Durch den Einsatz des Antibiotikums wurden mit der Zeit <em>S. aureus</em> Stämme mit geringerer Vancomycin-Empfindlichkeit, sogenannte Vancomycin-intermediär resistente <em>S. aureus</em> (VISA) selektiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Antibiotika-Resistenzen in <em>S. aureus</em> basieren diese in VISA nicht auf dem Erwerb von Resistenz-Genen, sondern auf der Akkumulation von Mutationen, die zu einem ähnlichen Phänotypen mit dicker, geringer quervernetzer Zellwand, geringer Autolyse und abgeschwächter Virulenz führen. In dieser Arbeit wurde hauptsächlich der VISA-Stamm <em>S. aureus</em> VC40 untersucht. Dieser Stamm entstand aus einem Passagierversuch mit Vancomycin und akkumulierte 79 Mutationen in 75 Genen, wodurch eine Vancomycin-MHK von 64 µg/mL erreicht wurde. Darunter waren auch Mutationen in den mit der Entstehung von VISA assoziierten Zweikomponentensystemen (TCS) <em>vraS</em> und <em>walK</em>. Ziel dieser Studie war es, die Relevanz der Zellwand, und insbesondere der darin enthaltenen Wandteichonsäuren (WTA), auf die Vancomycin-Empfindlichkeit zu untersuchen. <br /> Im Stamm <em>S. aureus</em> VC40 führte die verdickte Zellwand mit einer niedrigen Quervernetzung zu einer erhöhten Aufnahme von Vancomycin in die äußeren Peptidoglykan-Schichten. Diese vermehrte Aufnahme verhinderte eine weitere Diffusion des Antibiotikums zur Teilungssepte, ein sogenannter Clogging-Effekt. Die Kosten einer verringerten Quervernetzung und dementsprechender reduzierter Stabilität der Zellwand wurden durch eine verringerte Autolyse ausgeglichen. Einerseits geschah dies durch eine veränderte Prozessierung von AtlA. Andererseits führten die Verschiebung des Glykosylierungsmusters hin zu einer vermehrten β-Glykosylierung der WTA und die höhere WTA-Konzentration ebenfalls zu einer geringeren Affinität der Autolysine, trotz deren erhöhter Expression. Die Modifikation der WTA mit D-Alanin führte zu einer geringeren negativen Ladung der Zelloberfläche und so zu einer abnehmenden Interaktion des kationischen Glykopeptides mit den negativ-geladenen WTA. Aufgrund des Vergleichs der Ergebnisse von <em>S. aureus</em> VC40 mit mehreren verwandten Mutanten, konnten die Substitution der WTA mit D-Glucosamin und die reduzierte Autolyse, mit der veränderten Aktivität von VraSR in Verbindung gebracht werden. <br /> Zusammengefasst besteht eine Verbindung der WTA von <em>S. aureus</em> zu allen charakteristischen Merkmalen von VISA-Stämmen, wie der veränderten Zellwand, geringeren Autolyse und abgeschwächten Virulenz. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass das Glykosylierungsmuster der WTA einen weiteren Aspekt in der verringerten Vancomycin-Empfindlichkeit von VISA darstellt.