Proteomic profiling of an opportunistic human and animal pathogen Staphylococcus epidermidis | Opportunistisen ihmis- ja eläinpatogeenin, Staphylococcus epidermidiksen proteomin profilointi

Staphylococcus epidermidis (SE) is an opportunistic pathogen capable of infecting humans and animals. It is a frequent cause of hospital-acquired infections in humans and of intramammary infections (IMIs) in dairy cows. The protein expression profiles and the genomes of three SE strains, one associated with bovine mastitis (PM221), one representing a commensal/low-virulent human strain (ATCC12228 isolated from a healthy human host) and the third being a virulent human strain (RP62A isolated from a catheter-associated sepsis) were compared. At the genome and total proteome levels, the bovine strain PM221 was found to be more similar to ATCC12228 than to RP62A. The strain-specific differences found between PM221 and ATCC12228 are believed to have roles in adaptation and virulence. These findings may explain why ATCC12228 was able to cause persistent mastitis in an experimental infection study albeit with a milder clinical outcome than encountered with PM221. These findings strengthen the hypothesis that humans could represent an important source of SE-mediated infections in dairy cows. The exoproteome analysis revealed that the exoproteome of PM221 resembled more that of RP62A than the exoproteome of ATCC12228. The major part of the identified exoproteins was predicted to be cytoplasmic, indicating that these proteins might be surface-displayed moonlighting proteins or that they had been embedded in membrane vesicles. PM221 and RP62A were shown to be more efficient in non-classical protein secretion. These findings may explain the higher virulence capacity of PM221 than that of ATCC12228. Our studies also indicated that PM221 uses less aggressive strategies than RP62A when establishing an infection in vivo. Phenotypic tests indicated that SE may use several strategies to improve its adaptation to different environments; the virulent bovine and human strains (PM221 and RP62A) were able to use biofilm formation for colonization and adaptation, and PM221 and ATCC12228 could downregulate their tricarboxylic acid cycle activity and increase the formation of small colony variants to improve bacterial survival during the stationary phase. In addition, the bovine PM221 strain may possess an advantage since it has higher tributyrin activity in the milk environment, whereas the human strains may benefit from their higher urease and/or catalase activities helping these strains to survive in their ecological niches and indwelling medical devices. In conclusion, the present studies demonstrate that the SE species may exploit diverse strategies involving specific changes in their late stationary phase metabolism as well as in protein export strategies accompanied by increased production of certain enzymes in order to ensure better adaptation and/or successful infection.

Staphylococcus epidermidis (SE) on opportunistinen bakteeri, joka elää osana ihmisen ihon ja limakalvojen normaalia mikrobiflooraa. Se on myös merkittävä taudinaiheuttaja, joka pystyy infektoimaan niin ihmisiä kuin eläimiäkin. SE aiheuttaa sairaalainfektioita erityisesti potilaille, joilla on lääketieteellisiä laitteita kuten katetreja tai sydämen keinoläppiä. Lisäksi se on usein syynä mm. lehmien utaretulehduksiin. Tässä väitöskirjassa selvitettiin keinoja, joita SE hyödyntää infektioissa. Työssä tutkittiin kolmen SE-kannan proteiinien ilmentymistä sekä genomeja. Tutkitut kannat olivat lehmän utaretulehduksesta eristetty PM221, terveestä ihmisestä eristetty heikosti infektoiva kanta ATCC12228 sekä verenmyrkytyspotilaasta eristetty infektoiva ihmiskanta RP62A. Näiden kolmen SE-kannan kokonaisproteomien (so. samanaikaisesti ilmentyvien proteiinien) sekä genomien vertailut osoittivat, että PM221 ja ATCC12228 olivat samankaltaisempia keskenään kuin mitä ne olivat RP62A:n kanssa. Lisäksi ATCC12228 kykeni aiheuttamaan lehmälle utaretulehduksen, joskin lievemmin oirein kuin PM221. Saadut tulokset tukevat hypoteesia, jonka mukaan ihmiset voisivat toimia maitokarjalle infektioita aiheuttavien SE-kantojen lähteinä. Solun ulkopuolelle eritettyjen proteiinien (eksoproteiinit) suhteen PM221 puolestaan muistutti enemmän RP62A:ta kuin ATCC12228:aa. Suurin osa työssä tunnistetuista eksoproteiineista oli proteiineja, joiden on oletettu sijaitsevan solun sisällä. Tuloksemme viittaavatkin siihen, että monet eksoproteiinit voisivat sijaita sekä solun ulko- että sisäpuolella ja että niillä olisi eri toimintoja sijainnistaan riippuen. Toinen selitys näille solun ulkopuolelta tunnistetuille proteiineille voisi olla, että ne eritetään solusta ulos kalvorakkuloissa, jotka suojaavat kuljetettavia proteiineja. PM221 ja RP62A olivat ATCC12228:aa tehokkaampia tämänkaltaisessa ei-klassisessa proteiinierityksessä. Fenotyyppiset testit osoittivat, että SE hyödyntää monia keinoja sopeutuakseen ympäristöönsä. Virulentimmat kannat (PM221 ja RP62A) muodostivat biofilmiä eli pinnoille kiinnittyviä, tahmean liman peittämiä bakteerikasvustoja, jotka suojaavat bakteereita niin lääkkeiltä kuin isännän immuunipuolustukseltakin. PM221 ja ATCC12228 puolestaan säätelivät energiantuotantoaan ja muodostivat normaalia pienempiä pesäkkeitä reagoidessaan ulkoiseen stressiin. Lisäksi lehmästä eristetty PM221 hyötynee kyvystään pilkkoa maidossa olevaa lipidiä, tributyriiniä, kun taas ATCC12228:n ja RP62A:n aktiivinen ureaasi- ja katalaasientsyymituotanto auttanee niitä selviytymään omissa elinympäristöissään - ihmisen iholla ja limakalvoilla - sekä lääketieteellisillä apuvälineillä.

ei saavutettava