The impact of thermally-regulated cell wall modifications on Streptococcus pneumoniae pathogenesis

热调节细胞壁修饰对肺炎链球菌发病机制的影响

基本信息

  • 批准号:
    MR/X009130/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Streptococcus pneumoniae (SPN) is a natural coloniser of the upper airways (the nasopharynx) but also a major cause of bacterial pneumonia and serious invasive infections, including sepsis and meningitis. We only have partial understanding of the processes that cause asymptomatic nasopharyngeal infection to progress into symptomatic disease, but it has long been known that viral infections of the respiratory tract are associated with elevated risk of developing SPN pneumonia. One factor that might contribute to this association is the effect that the host response to viral infection has on SPN. The elevated body temperature during fever is detected by SPN and this environmental sensing leads to changes in the bacteria that might promote their ability to cause disease.SPN are able to respond to temperature changes, in part, due to the action of RNA thermosensors. These regulatory elements prevent gene transcripts from being translated into proteins. When the temperature rises, structural changes in the RNA removes this break on translation and protein production can resume. Only a small number of SPN genes are subject to this mechanism of thermoregulation, with the production of their protein products tied to temperature changes. Thermosensors have been described in SPN genes that encode proteins playing important roles in the interaction of pathogen with host. When the temperature rises, more of these proteins are produced. We have identified an RNA thermosensor in a gene encoding a protein that modifies the SPN cell wall. Evolutionary studies with SPN have suggested that genes in this same pathway might play important roles in colonisation of host tissues. The cell wall is an important interface between pathogen and host, and changes in cell wall structures may promote or lessen virulence (disease-causing potential) in SPN. We aim to understand how thermal regulation of cell wall modifications in SPN are achieved and what the implications are for our understanding of diseases caused by this pathogen. The natural home of SPN in the nasopharynx is cooler (~33C) than the disease sites of lung, blood or brain (37C), so temperature-induced changes in the cell wall may contribute to virulence in these environments. If similar changes are induced by fever, then this may partially explain the association of respiratory viral infection with susceptibility to SPN pneumonia. Understanding the role of temperature in modulating SPN virulence will help us explain the link between viral infection and bacterial pneumonia and why outbreaks of SPN disease occur in places subject to heatwaves and extremes of temperature. In the future, the information gained will help in identification of SPN proteins suitable as vaccine targets. We will determine whether the production of the SPN cell-wall modifying enzyme CapD is regulated by temperature. We will define the mechanism by which this thermoregulation is achieved and explore how the modifications to the cell wall influence the interactions between pathogen and host. Using infection models, we will determine whether thermal regulation of the cell wall influences infection outcomes, making symptomatic disease more likely when SPN moves from nasopharynx to the warmer environment of lungs or when fever raises the body temperature.
肺炎链球菌 (SPN) 是上呼吸道(鼻咽)的天然定植菌,也是细菌性肺炎和严重侵袭性感染(包括败血症和脑膜炎)的主要原因。我们对导致无症状鼻咽感染进展为有症状疾病的过程只有部分了解,但人们早就知道呼吸道病毒感染与发生 SPN 肺炎的风险升高有关。可能促成这种关联的一个因素是宿主对病毒感染的反应对 SPN 的影响。 SPN 可以检测到发烧期间体温升高,这种环境感知会导致细菌发生变化,从而可能促进其致病能力。SPN 能够对温度变化做出反应,部分原因在于 RNA 热传感器的作用。这些调控元件阻止基因转录物翻译成蛋白质。当温度升高时,RNA 的结构变化消除了翻译中断,蛋白质生产得以恢复。只有少数 SPN 基因受到这种温度调节机制的影响,其蛋白质产物的产生与温度变化有关。 SPN 基因中已描述了热传感器,该基因编码在病原体与宿主相互作用中发挥重要作用的蛋白质。当温度升高时,会产生更多此类蛋白质。我们在编码修饰 SPN 细胞壁的蛋白质的基因中发现了 RNA 热传感器。 SPN 的进化研究表明,同一途径中的基因可能在宿主组织的定植中发挥重要作用。细胞壁是病原体和宿主之间的重要界面,细胞壁结构的变化可能会增强或减弱 SPN 的毒力(潜在致病性)。我们的目标是了解 SPN 细胞壁修饰的热调节是如何实现的,以及这对我们理解这种病原体引起的疾病有何影响。 SPN 在鼻咽部的自然栖息地 (~33°C) 比肺、血液或大脑的病变部位 (37°C) 温度低,因此温度引起的细胞壁变化可能会导致这些环境中的毒力。如果发烧也会引起类似的变化,那么这可能部分解释了呼吸道病毒感染与 SPN 肺炎易感性之间的关联。了解温度在调节 SPN 毒力中的作用将有助于我们解释病毒感染和细菌性肺炎之间的联系,以及为什么 SPN 疾病暴发发生在遭受热浪和极端温度的地方。将来,获得的信息将有助于鉴定适合作为疫苗靶点的 SPN 蛋白。我们将确定 SPN 细胞壁修饰酶 CapD 的产生是否受温度调节。我们将定义实现这种温度调节的机制,并探索细胞壁的修饰如何影响病原体和宿主之间的相互作用。使用感染模型,我们将确定细胞壁的热调节是否会影响感染结果,当 SPN 从鼻咽转移到肺部较温暖的环境或发烧使体温升高时,更有可能出现症状性疾病。

项目成果

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