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Neutrophile Granulozyten werden durch die extrazelluläre polymere Substanz von Staph. epidermidis Biofilmen aktiviert
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Autoren
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Ulrike Dapunt
- Zentrum für Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany
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Matthias Gaida
- Institut für Pathologie, Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany
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Susanne Maurer
- Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany
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Eva Meyle
- Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany
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Philippe Fouchard
- Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany
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Birgit Prior
- Institut für Immunologie, Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany
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Gertrud Maria Hänsch
- Institut für Immunologie, Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany
| Veröffentlicht: | 10. Oktober 2016 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Viele Bakterienspezies bilden auf künstlichen Oberflächen sogenannte Biofilme. Bei dieser spezialisierten Lebensform adhärieren Bakterien an Oberflächen, z.B. dem Implantat, und produzieren eine extrazelluläre polymere Substanz ("Schleim"), in welche sie sich einbetten. Die Formation von Biofilmen wird mittlerweile als die häufigste Ursache für persistierende Infektionen erachtet. In unseren Vorarbeiten konnten wir demonstrieren, dass Biofilme von neutrophilen Granulozyten erkannt und attackiert werden, was zu einer Infiltration phagozytischer Zellen, sowie zu einer Produktion pro-inflammatorischer Zytokine und im weiteren Verlauf zu einem Abbau von Knochensubstanz führt.
Wie frei-schwimmende, sogenannte "planktonische" Bakterien vom Immunsystem erkannt werden, wurde bereits umfangreich untersucht; jedoch die Mechanismen der Erkennung von bakteriellen Biofilminfektionen noch nicht. Ziel dieser Studie war es daher, die Aktivierung von neutrophilen Granulozyten durch Biofilme näher zu untersuchen.
Methodik: Die extrazelluläre polymere Substanz (EPS) von Staph. epidermidis Biofilmen wurde isoliert und mittels Gelfiltration aufgetrennt. Neutrophile Granulozyten wurden aus dem Blut gesunder Spender isoliert und mit den EPS-Fraktionen stimuliert. Eine Aktivierung von neutrophilen Granulozyten wurde durch eine Hochregulierung der Adhäsionsproteine CD11b und CD66b, einer vermehrten Produktion von Sauerstoffradikalen, sowie einer Freisetzung von DNA evaluiert
Ergebnisse: Wir konnten demonstrieren, dass die EPS von Biofilmen zu einer Aktivierung relevanter Abwehrmechanismen von neutrophilen Granulozyten führt (Hochregulierung von CD11b und CD66b, vermehrte Produktion von Sauerstoffradikalen und Freisetzung von DNA). Durch die Auftrennung der EPS in einzelne Fraktionen konnten wir schließlich das bakterielle heat shock protein (GroEL) als aktivierende Entität in der Biofilmmatrix identifizieren.
Schlussfolgerungen: Biofilm-Infektionen werden durch das Immunsystem erkannt, jedoch unterscheiden sich die Erkennungsmechanismen von frei-schwimmenden "planktonischen" Bakterien. Wir konnten demonstrieren, dass die extrazelluläre Matrix (der "Biofilm-Schleim") aktivierende Entitäten für neutrophile Granulozyten enthält und konnten im Weiteren das bakterielle heat shock Protein GroEL als solche identifizieren.
