Trotz der Verfügbarkeit von Antibiotika und Impfstoffen, die auf Polysacchariden basieren, bleibt S. pneumoniae weltweit die Hauptursache für Pneumonie. Obwohl die momentan verfügbaren konjugierten Impfstoffe Wirksamkeit gegen die vom Impfstoff gedeckten Serotypen gezeigt haben, gibt es Nachteile, die solche auf Polysacchariden basierende Impfstoffe mit sich bringen und daher gibt es einen dringenden Bedarf an Alternativen. Zwei vielversprechende Kandidaten, StkP und PcsB, wurden mittels ANTIGENome Technologie für einen Protein-basierten Impfstoff gegen Pneumococcus identifiziert. StkP, eine eukaryotische Typ Serin/Threonin Proteinkinase, scheint eine regulatorische Rolle in der Gentranskription zu spielen. Um mehr über die Interaktionspartner von StkP zu erfahren, führten wir Microarray Analysen mit 2 Stämmen durch, TIGR4 (Serotype T4) und PJ1324 (Serotype 6B) um den Wildtyp-Stamm und den Δstkp-Stamm zu vergleichen. Wir konnten bestätigen, dass StkP eine Schlüsselfunktion im Zellzyklus der Pneumococcen spielt, indem die Expression einiger wichtiger Genprodukte reguliert wird, obwohl die Effekte der regulatorischen Funktion zu einem großen Ausmaß vom genetischen Hintergrund abhängig zu sein scheint. PcsB ist eine vorausgesagte Murein Hydrolase und ist während der Infektion im Menschen ein immundominantes Antigen. Die Microarray Analysen bei Vergleich von Wildtyp und ΔpcsB Stämmen in 2 verschiedenen genetischen Hintergründen (TIGR4 und 6B) ergaben, dass der Unterschied größtenteils ein erhöhtes Transkriptionslevel zweier LysM Domänenproteine ist, welche eine Rolle im Zellwandmetabolismus spielen. Die starke Hochregulation in deren Expression repräsentiert möglicherweise einen Kompensationsmechanismus für Bakterien, denen das PcsB Protein fehlt. Es gab nur wenige Gene die zu einem geringeren Ausmaß (2-10 fach) betroffen waren. Diese Resultate deuten darauf hin, dass das Fehlen der PcsB Expression, eine sehr selektive Veränderung in der globalen Transkription zur Folge hat. Drei zusätzliche Impfstoffkandidaten, identifziert mittels ANTIGENome Technologie, wurden analysiert: SP2027, SP0609 und SP2194. Immunisierung mit diesen 7 Proteinen schützt Mäuse im Sepsis-Modell und zwei Pneumonia-Modellen gegen verschiedene S. pneumoniae Serotypen. Weiters zeigte die Mutante ΔSP2027 eine verringerte Virulenz und die Mutante ΔSP0609 hatte eine reduzierte Affinität zu eukaryotischen Zellen. Aufgrund seiner Rolle in der Adhäsion, könnte SP0609 als Impfstoffkandidat berücksichtigt werden. Antikörper spezifisch für SP0609 könnten die intranasale Kolonisierung durch S. pneumoniae und weiters die Invasion des Wirtes verhindern. Da Impfstoff induzierte Protektion gegen spezifische Mikroben Wochen braucht, um sich zu entwickeln, ist passive Immunisierung unverzichtbar wenn akute Protektion und Behandlung erforderlich ist. Um eine auf Antikörper basierende Therapie zu entwickeln, haben wir neben PspA und SP1650 monoklonale Maus Antikörper gegen fünf Antigene generiert, und diese auf ihre anti-infektiöse Wirkung in in vitro und in vivo Experimenten getestet. Von den getesteten Antigen-spezifischen Antikörpern, zeigte nur einer, nämlich anti-PspA, Kreuzprotektion bei der Verwendung unterschiedlicher Stämme. Die anti-PspA monoklonalen Antikörper zeigten ein starkes positives Signal in Experimenten zur Oberflächenfärbung und in Opsonophagocytose-Killing Assays. Mit einem auf Protein basierenden Impfstoff, welcher vor Infektionen, hervorgerufen durch alle Serotypen bei sowohl Älteren als auch Kindern schützen soll, und mit effektiven monoklonalen Antikörpern zur passiven Immunisierung im Falle eines akuten Notfalles, hoffen wir in der Zukunft die rund 1.5 Millionen Todesfälle weltweit verursacht durch Pneumococcen, zu verringern.

Despite the availability of antibiotics and polysaccharide-based vaccines S. pneumoniae remains the main cause of community-acquired pneumonia worldwide. Although the currently available conjugated vaccines have proven efficacy against vaccine serotypes, there are disadvantages of polysaccharide-based vaccines, and there is an urgent need for alternatives. Two promising candidates for a protein-based vaccine against pneumococcus, StkP and PcsB, were identified by the ANTIGENome technology. StkP, a eukaryotic type serine/threonine protein kinase, seems to play a regulatory role in gene transcription. To learn more about the interaction partners of StkP, we performed microarray analysis with two strains, TIGR4 and 6B, comparing WT and Δstkp strains. We could confirm that StkP is a key player in the pneumococcal cell cycle by regulating the expression of several important gene products, although effects of this regulatory function seems to be dependent on the genetic background to a great extent. PcsB is a predicted murein hydrolase and is an immunodominant antigen during human infection. In a microarray comparison between WT and ΔpcsB strains, with two different genetical backgrounds (TIGR4 and PJ1324) the main difference we found was the greatly increased transcript levels for two LysM domain proteins, which play a role in the cell wall metabolism. This strong upregulation in the expression might represent a compensatory mechanism for the bacterium lacking the PcsB protein. Except for the two LysM domain proteins, only a few genes were affected and then to a lower extent (2-10 folds). These results suggest that there is a very selective change in global transcription as a consequence of the lack of PcsB. Three additional vaccine candidates indentified by the ANTIGENome: SP2027, SP0609 and SP2194 were also analysed. Immunization with these proteins protects mice in a sepsis model and two pneumonia models against different S. pneumoniae serotypes. The only phenotypes observed with deletion mutants were a reduced virulence for ΔSP2027 and a lower affinity to eukaryotic cells with ΔSP0609. Due to its role in adhesion, SP0609 could be considered as a vaccine candidate while anti-SP0609 antibodies may reduce intranasal colonization by S. pneumoniae and thus reduce invasion into the host. 5 Since vaccine induced immune protection against specific microbes takes weeks to develop, passive immunization is indispensable when acute protection or treatment is required. In order to develop an antibody-based therapy, we generated mouse mAbs against the five antigens and two additional (PspA and SP1650) ones, and tested them for their potential as anti-infective agents in various in vitro and in vivo assays. Out of the tested antigens just one, the anti-PspA elicited cross-protection using different strains. Anti-PspA mAb showed strong surface staining and opsonophagocytic killing activity as well. With a powerful protein-based vaccine which is intended to prevent infections caused by all serotypes in elderly and children and with effective monoclonal antibody targets for passive immunization in case of emergency we hope to reduce in the future the 1.5 million deaths annually worldwide caused by pneumococcus.