En sida om den mikrobiella biorealen om släktet Streptococcus mitis
Klassificering
Taxa av högre ordning
Bakterier; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Streptococcaceae;
Species
NCBI: Taxonomy
Streptococcus mitis
Beskrivning och betydelse
Streptococcus mitis är kommensala bakterier som koloniserar hårda ytor i munhålan, t.ex. tandhårda vävnader samt slemhinnor, och ingår i munfloran. De är vanligtvis ordnade i korta kedjor i form av kokker (10). Dessa grampositiva bakterier är vanligtvis inte patogena men orsakar ofta bakteriell endokardit, vilket är en inflammation i ett inre skikt av hjärtat. S. mitis är alfahemolytisk, vilket innebär att den kan bryta ner röda blodkroppar. S. mitis är inte rörliga, bildar inga sporer och saknar gruppspecifika antigener (2). S. mitis lever optimalt vid temperaturer mellan 30 och 35 grader Celsius, vilket gör dem mesofila. De är fakultativa anaerober, vilket är en bakterie som tillverkar ATP genom aerob respiration om syre finns närvarande, men som också kan övergå till fermentation i frånvaro av syre (7).
Genomstruktur
S. mitis’ genom har sekvenserats och består av en cirkulär kromosom med cirka två miljoner bp som varierar med olika stammar. Dess GC- och AT-innehåll är 40,4 % respektive 59,1 %. Det finns totalt 2222 gener varav 2149 är proteinkodande gener (3).
Generna som kodar för lipoproteinerna Pb1A och Pb1B i S. mitis är grupperade nära de gener som är mycket lika streptokockfagerna r1t, 01205 och Dp-1. Detta innebär att Pb1A och Pb1B kan vara lokaliserade i en profag (4). För att testa denna möjlighet användes mitomycin C och UV-ljus eftersom båda kan inducera den lytiska cykeln hos många fager. Kulturer av S. mitis utsattes för detta och en signifikant ökning av uttrycket av Pb1A och Pb1B upptäcktes genom Western blot-analys. Fagpartiklar var synliga i kulturerna av S. mitis, som fick namnet SM1. Denna fage hade ett DNA-genom på cirka 35 kb. I alla dessa experiment drogs slutsatsen att Pb1A och Pb1B kodas av en lysogen bakteriofag (4).
Cellstruktur och metabolism
4.1 Cellstruktur
Som visats genom elektronmikroskopi bär S. mitis-stammar vanligen på sparsamt fördelade, långa fibriller och deras cellytor anses ofta vara mjuka. Den elektroforetiska mjukheten och den fasta negativa laddningstätheten på -1,2 till -4,3×106 Cm-3 i polyelektrolytskiktet hos S. mitis stammar, bestämdes genom analys av mjuka partiklar med hjälp av uppmätta elektroforetiska mobiliteter (5).
Det finns en mycket hög frekvens av förekomst av extracellulära ytstrukturer på S. mitis stammar och en mängd olika bilagor med olika längder upp till flera mikrometer har hittats (5). Mellan olika stammar kan tätheten av appendanger på cellytor variera avsevärt (5).
S. mitis kännetecknas av sin C-polysackaridcellvägg och en teikosyraliknande polysackarid. Den teikosyraliknande polysackariden innehåller en heptasackaridfosfat-repetitionsenhet som varken består av ribitol eller glycerolfosfat som normalt ses i teikosyror (6). C-polysackariden hos S. mitis innehåller i varje repetitionsenhet två rester av fosfhocholin och båda galaktosaminresterna (6).
4.2 Metabolism
S. mitis är en faciliterad anaerob vilket gör dess metabolism mycket mångsidig. Utnyttjande och syntes av intracellulärt glykogen och dess katabolism till laktat har påvisats i S. mitis. Den glykogenliknande polysackariden fungerar som den enda källan till användbar energi i S. mitis (7).
När en exogen energikälla saknas ger nedbrytningen av polysackariden S. mitis energi i användbar form, för celler som har polysackarid ökad β-galaktosidasaktivitet när de induceras med thiometylgalaktosid (8). När celler som saknar polysackarid och en polysackaridnegativ variant av S. mitis inducerades på liknande sätt ökade inte β-galaktosidasaktiviteten. Det enda substratet för den endogena metabolismen hos S. mitis är intracellulär polysackarid (8).
Ekologi
S. mitis är en del av den normala däggdjursfloran. De bebor vanligtvis munnen, halsen och nasofarynx. Vissa stammar av S. mitis har förmågan att producera IgIA1-proteas och binda saliv alfa-amylas, vilket är två egenskaper som är bestämningsfaktorer för streptococcus viridans, som är en stor grupp av i allmänhet icke-patogena, kommensala, streptokockbakterier. Vissa S. mitis som producerar neuraminidas tenderar att kolonisera slemhinneytor, även om produktionen av detta enzym inte krävs för framgångsrik kolonisering (9). Varken immunglobulin A1-proteasaktivitet eller förmågan att binda α-amylas från saliv var dock en föredragen egenskap hos persistenta genotyper. Det huvudsakliga ursprunget till nya kloner som upptas av S. mitis kan hittas i luftvägarna (9).
Patologi
S. mitis är vanligen en etiologisk agent vid odontogen infektion och endokardit och har endast i vissa fall erkänts som luftvägspatogener. Den vanligaste värden är människan. Den viktigaste interaktionen i patogenesen för infektiös endokardit är den direkta bindningen av bakterier till trombocyter (10). S. mitis är en kommensal organism som är nära besläktad med patogenen Streptococcus pneumoniae, som är orsaken till otit, lunginflammation, sepsis och meningit. Homolog rekombination mellan dessa arter har observerats och överföringen av genetiska determinanter från S. mitis till S. pneumoniae bidrar till penicillinresistens hos patogenen (10).
Några fager är kända för att bära determinanter som ökar virulensen för den bakteriella värden. dessa faktorer har främst varit utsöndrade toxiner, såsom streptokockers erytrogena toxin, stafylokockers enterotoxin A, difteritoxin och koleratoxin (10). Andra virusdeterminanter som kodats av fager är extracellulära enzymer som stafylokinas och streptokockhyaluronidas, enzymer som ändrar värdstammens antigena egenskaper och proteiner i det yttre membranet som ökar serumresistensen (10). Det är troligt att Pb1A och Pb1B binder trombocyter direkt, även om den mekanism genom vilken PblA och PblB förmedlar trombocytbindning av S. mitis inte har illustrerats. Kodningen av PblA och PblB av lysogena SM1 kan således utgöra en klass av fagmedierade virulensdeterminanter (10).
Användning på bioteknik
I ett litet antal S. mitis-isolat har ett kolesterolberoende cytolysin vid namn mitilysin påvisats. Mitilysingenen sekvenserades från sju isolat av S. mitis. Jämförelser med pneumokockpneumolysingenen visar 15 aminosyrasubstitutioner (11). S. mitis verkar frigöra mitilysin extracellulärt. Baserat på resultat från enzyme-linked immunosorbent assay och neutraliseringsassay kan ett isolat av S. mitis producera ett hemolytiskt toxin utöver mitilysin (11). Eftersom man vet att genetiskt utbyte förekommer mellan S. mitis och Streptococcus pneumoniae kan detta fynd få konsekvenser för utvecklingen av vacciner eller terapier mot pneumokocksjukdom som baseras på pneumolysin och dess egenskaper (11).
Aktuell forskning
Ready (et al) analyserade gener som kodar för antibiotikaresistens och som kan hittas på samma genetiska element som generna för kvicksilverresistens (Hg). De använde sig av tandtekniker som använde restaureringsmaterial som kan främja såväl Hg-resistens som antibiotikaresistens (12). Genom att använda en in vitro biofilmsmodell för att odla tandplack på amalgamsubstrat och emalj observerade de antalet och andelen Hg-resistenta bakterier över tiden. Av de 42 Hg-resistenta bakterier som isolerades var 98 % streptokocker, där S. mitis dominerade. Sjuttioen procent av de Hg-resistenta isolaten var också resistenta mot en rad olika antibiotika, varav tetracyklin var vanligast (12). Resultaten av denna studie ”tyder på att placering av amalgamrestaureringar kan spela en roll för att främja nivåerna av Hg- och antibiotikaresistenta bakterier som finns i munhålan” och sätt att förhindra att bakterier blir antibiotikaresistenta genom att analysera generna (12).
Oliveira (et al.) undersökte förmågan hos lektin från Talisia esculenta (TEL), som är ett träd som finns i Brasilien, och ett protein från Labramia bojeri frön (Labramin) att hämma mikrobernas vidhäftning och använda antimikrobiella effekter. ”De minsta hämmande och bakteriedödande koncentrationerna av dessa proteiner bestämdes med hjälp av fem arter av bakterier: Streptococcus mutans UA159, Streptococcus sobrinus 6715, Streptococcus sanguinis ATCC10556, S. mitis ATCC903 och Streptococcus oralis PB182” (13). En adherensanalys utfördes med dessa fem bakteriearter. Labramin visade hämmande effekter på adherensen hos S. mutans och S. sobrinus. Dessa resultat tyder på att ”Labramin är potentiellt användbart som ett biofilmshämmande läkemedel” (13).
Ip (et al) undersökte unika stammar av pneumokocker och atypiska sekvensvariationer inom de ”kinolonresistensbestämmande regionerna (QRDR) i gyrase- och topoisomerasgenerna i jämförelse med Streptococcus pneumoniae R6-stammen” (14). Med hjälp av MLST-analys (multilocus sequence typing) på sekvenser av de sex loci ”skiljde man de ’atypiska’ stammarna från pneumokocker och dessa stammar klustrade nära med S. mitis” (14). Alla dessa stammar har en till tre gyrA-, gyrB-, parC- och parE-gener vars ”QRDR-sekvenser klustrade med dem från S. pneumoniae, vilket ger belägg för horisontell överföring av QRDR:erna för gyrase- och topoisomerasgenerna från pneumokocker till viridansstreptokocker” (14). Dessa gener har också fluorokinolonresistens hos viridans streptokocker. Fluorokinolonresistensen hos 32 karakteriserade stammar av S. mitis och Streptococcus oralis från patienter analyserades. Rekombinationshändelserna och de novo mutationer spelar en betydande roll i utvecklingen av fluorokinolonresistens hos bakterier och hur man förhindrar den (14).
1. Bischoff, J., Domrachev, M., Federhen, S., Hotton, C., Leipe, D., Soussov, V., Sternberg, R., Turner, S. NCBI taxonomy database Accessed Aug. 26, 2007
2. Entrez Genome ProjectAccessed: Aug 23, 2007
3. TIGR CMR Genome Database, DNA Fact Table Tillgänglig: Aug 26, 2007
4. Whalan RH, Funnell SG, Bowler LD, Hudson MJ, Robinson A, Dowson CG. Spridning och genetisk mångfald av ABC-transporterlipoproteinerna PiuA och PiaA inom Streptococcus pneumoniae och relaterade streptokocker. J Bacteriol. Feb 2006. Volume 188, No.3. p. 1031-1038.
5. Rodríguez, V., Busscher, H., Van der Mei, W. och H. Softness of the bacterial cell wall of Streptococcus mitis as probed by micro-electrophoresis. Elektrofores. 2002. Volym 23. s. 2007-2011.
6. Bergström, N., Jansson, P.E., Kilian, M., Skov Sorensen, U.B. Structures of two cell wall-associated polysaccharides of a Streptococcus mitis biovar 1 strain. En unik teikosyraliknande polysackarid och grupp O-antigenet som är en C-polysackarid som är gemensam med pneumokocker. Eur-J-Biochem. Dec. 2000. Volume 267, No. 24. p. 7147-57.
7. Houte, J.V., Jansen, H.M. Role of Glycogen in Survival of Streptococcus mitis. Journal of Bacteriology. Mar. 1970. Volume 101, No. 3. p. 1083-1085.
8. Gibbons, R. J. (Forsyth Dental Center, Boston Mass.). J. Bacteriol. 1964. Volym 87. s. 1512-1520.
9. Kirchherr, J.L., Bowden, G.H., Richmond, D.A., Sheridan, M.J., Wirth, K.A., Cole, M.F. Distribution of Streptococcus mitis biovar 1 phenotypes on shedding and non-shedding oral surfaces of human infants during the first year of life. Mikrobiell ekologi i hälsa och sjukdom. Sept. 2005. Volume 17, Issue 3. s. 138 – 145.
10. Bensing, B.A., Rubens, C.E., Sullam, P.M. Genetic Loci of Streptococcus mitis That Mediate Binding to Human Platelets. Infect Immun. Mar. 2001. Volume 69, No. 3. s. 1373-1380.
11. Jefferies, J., Nieminen, L., Kirkham, L., Johnston, C., Smith, A., and Mitchell, T.J. Identification of a Secreted Cholesterol-Dependent Cytolysin (Mitilysin) from Streptococcus mitis. J Bacteriol. Jan. 2007. Volume 189, No. 2. p. 627-632.
12. Ready, D., Pratten, J., Mordan, N., Watts, E., Wilson, M. Effekten av amalgamexponering på kvicksilver- och antibiotikaresistenta bakterier. Int J Antimicrob Agents. juli 2007; volym 30, nr 1. s. 34-39.
13. Oliveira, M.R., Napimoga, M.H., Cogo, K., Gonçalves, R.B., Macedo, M.L., Freire, M.G., Groppo, F.C. Inhibition av bakteriell vidhäftning till salivbelagda genom växtlektiner. J Oral Sci. juni 2007. Volume 49, No. 2. s. 141-145.
14. Ip, M., Chau, S.S., Chi, F., Tang, J., Chan, P.K. Fluorokinolonresistens hos atypiska pneumokocker och orala streptokocker: bevis för horisontell genöverföring av fluorokinolonresistensdeterminanter från Streptococcus pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother. Aug. 2007. Volym 51, nr 8. s. 2690-700.
Redigerat av Nancy Le student till Rachel Larsen
Redigerat av KLB