Bacterial modulation of host glycosylation - in infection, biotechnology, and therapy
Författare
Summary, in Swedish
Hur gör bakterier för att komma undan immunförsvaret? Vi har studerat hur en
vanligt förekommande bakterie, grupp A streptokocker, gör för att undvika kroppens
immunförsvar vid infektion. Vi har upptäckt enzymer som bidrar till bakteriens
förmåga att undvika immunförsvaret genom att avväpna antikroppar. De bakteriella
enzymerna kan användas i bioteknisk industri och eventuellt som framtida läkemedel.
Alla kroppens celler innehåller proteiner och många proteiner i kroppen är
glykosylerade och kallas glykoproteiner. Det betyder att proteinerna bär kedjor av
socker som är viktiga för proteinets struktur och funktion. I immunförsvarets finns
interaktioner som helt beror av proteins sockerkedjor.
Kroppens försvar är uppdelat i ett medfött och ett specifikt (adaptivt) immunförsvar.
Delarna av immunförsvaret kompletterar varandra när kroppen utsätts för en bakterie
eller virus. Det medfödda immunförsvaret har inget immunologiskt minne utan
attackerar strukturer som är gemensamma för flera mikroorganismer. Det adaptiva
immunförsvaret har förmågan att utveckla immunologiskt minne i form av celler som
producerar antikroppar specifikt riktade mot något främmande.
Antikroppar i blodet är glykoproteiner som kallas immunoglobulin G, IgG. Tidigare
forskning har visat att sockerkedjorna på IgG har stor betydelse för antikroppens
funktion. Om sockerkedjan saknas kan inte antikroppen binda till immunceller och då
förstörs inte den främmande mikroorganismen.
Grupp A streptokocker är en vanlig bakterie hos människor. Vi bär den på huden och
i svalget men den kan även orsaka halsfluss eller andra mycket allvarliga infektioner.
Hos grupp A streptokocker har forskare upptäckt enzymet EndoS. Ett enzym är ett
protein som förändrar andra proteiner och just enzymet EndoS klipper bort
sockerkedjan på antikroppen IgG. Antikroppen förlorar då sin förmåga att tillkalla
immunceller och förstöra bakterien. Streptokocker har flera andra enzymer och
proteiner som bidrar till att undkomma det mänskliga försvaret. Vad har egentligen
EndoS för betydelse vid infektioner av streptokocker?
I artikel 1 förändrade vi generna hos grupp A streptokocker och genererade en
EndoS-mutant, en bakterien som saknar EndoS men som har alla andra enzymer och
proteiner. Vi jämförde vår EndoS-mutant mot ursprungsbakterien och studerade hur sjuka möss blev i en modell av allvarlig streptokockinfektion. Det visade sig att
mössen blev lika sjuka och vi drog slutsatsen att EndoS inte ökar bakteriens förmåga
att orsaka sjukdom i möss. Vi genererade även en bakteriestam som utrycker stora
mängder av EndoS och vi såg då att mössen blev sjukare och bakterien mer
aggressiv. Vi tror att halten av enzymet EndoS i den lokala infektionsmiljön har
betydelse för hur allvarligt sjukdomsförloppet.
I artikel 2 upptäckte vi ett nytt enzym hos streptokocker som inte har studerats
tidigare. Genom att jämföra det okända proteinet med EndoS fann vi att proteinerna
vad 37% identiska, vilket är en låg siffra. Vi såg också att genen för det okända
enzymet fanns på exakt samma plats som EndoS i bakteriens DNA, och kallade
därför enzymet för EndoS2. Vi studerade enzymets aktivitet på IgG och upptäckte att
det klippte bort alla typer av sockerkedjor från antikroppen. Till skillnad från EndoS,
så klipper EndoS2 även bort socker från ett glykoprotein som är involverat i
inflammation. Slutsatsen blev att EndoS2 är ett nytt enzym från streptokocker som
klipper bort alla sockerkedjor från IgG.
Artikel 3, beskriver en studie där vi studerade en annan bakterie, Enterococcus
faecalis, och enzymet EndoE som liknar EndoS, men som klipper bort sockerkedjor
från flera glykoproteiner. Vi upptäckte att EndoE klippte bort socker från laktoferrin,
ett protein som finns i modersmjölk och som har antibakteriella egenskaper.
Laktoferrin utan sockerkedjor var mindre antibakteriellt och bakterierna överlevde
bättre i närvaro av laktoferrin. Vi såg också att enterokocker kunde använda det
bortklippta sockret som näringskälla.
Många nya läkemedel som utvecklas idag är biologiska läkemedel som består av
specifika antikroppar, oftast IgG. I artikel 4 jämförde vi den enzymatiska aktiviteten
av EndoS och EndoS2 på fyra antikroppar som används som läkemedel. Vi upptäckte
att EndoS2 klippte loss alla typer av socker medan EndoS lämnade en typ av socker
som kallas hög-mannos. Det finns indikationer på att antikroppar med mannossocker
fungerar sämre som läkemedel i kroppen. I artikeln presenterar vi en metod som
använder EndoS och EndoS2 för att snabbt och enkelt bestämma halten av mannos
på antikroppsläkemedel.
Artikel 5 handlar om en annan typ av antikropp, immunoglobulin E (IgE) och EndoS.
IgE är en typ av antikropp som har stor betydelse vid allergiska reaktioner. IgE är
precis som IgG, ett glykoprotein och bär flera sockerkedjor. Våra experiment visade
att EndoS även klipper bort socker från IgE och att antikroppen då fungerar sämre. I
en musmodell för allergi kunde vi genom att injicera EndoS, kraftigt minska den
immunaktivering som genom IgE leder till en allergireaktion. Våra resultat är preliminära, men kan tyda på att EndoS skulle kunna användas som läkemedel för
kraftiga allergier.
I denna avhandling visar vi att bakterier använder enzymer som är aktiva på
sockerkedjor på antikroppar för att undkomma immunförsvaret. Vi har upptäckt ett
nytt enzym hos streptokocker, EndoS2, och studerat betydelsen av EndoS vid
allvarlig streptokockinfektion. Vi visar att bakteriella enzymer kan användas i
bioteknisk industri för utveckling av antikroppsläkemedel. Slutligen, har vi upptäckt
att sockerkedjor på IgE har stor betydelse vid allergi och att EndoS skulle kunna
användas som läkemedel vi svåra allergiska reaktioner.
Bakteriers smarta sätt att undkomma immunförsvaret kan lära oss mycket om hur
immunförsvaret fungerar och hur bakterier orsakar infektion. Upptäckten av nya
enzymer kan även leda till applikationer i bioteknisk industri och eventuellt till
framtida läkemedel.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2015
Språk
Engelska
Publikation/Tidskrift/Serie
Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
Volym
2015:21
Fulltext
- Available as PDF - 37 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Division of Infection Medicine
Ämne
- Infectious Medicine
Nyckelord
- IgG
- endoglycosidase
- Streptococcus pyogenes
- glycosylation
- EndoS
Status
Published
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1652-8220
- ISBN: 978-91-7619-100-2
Försvarsdatum
13 mars 2015
Försvarstid
09:00
Försvarsplats
Belfragesalen, BMC D15, Klinikgatan 32, Lund
Opponent
- Dennis Burton (Professor)