Nasopharyngeal colonization by pathogenic bacteria: effect of polymorphisms in innate immune genes of young children

Nasopharyngeal bacteria can asymptomatically colonize the nasopharynx of infants and young children but are also associated with the development of respiratory infections and diseases. Such nasopharyngeal bacteria include Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis, Haemophilus influenzae and Staphylococcus aureus. The host defense against invading pathogens is largely relies germline-encoded pattern recognition receptors (PRR), which are expressed on the cells of innate immunity, and different cytokines. These include toll-like receptors (TLR), mannose-binding lectin (MBL) and different cytokines such as IL-17A. Single nucleotide polymorphisms (SNP) in these receptors and cytokines have been reported. The aim of this study was to investigate genetic polymorphisms in the genes for TLR2, 3 and 4, MBL as well as for IL-17A and their associations with nasopharyngeal pathogenic bacterial colonization during a two-year follow-up. The study revealed that polymorphisms in TLRs, MBL2 and IL17A are associated with the nasopharyngeal bacterial colonization in young children. Healthy young (2.6 months of age) children with variant types of MBL2, TLR2 R753Q or TLR4 D299G had an increased risk to be colonized by S. pneumonia, S. aureus or M. catarrhalis, respectively. Moreover, variant types of MBL2 in healthy children with might facilitate human rhinovirus (HRV)-induced S. pneumoniae colonization at 2.6 months of age. The polymorphism of TLR4 D299G was shown to be associated with M. catarrhalis colonization throughout the whole two-year follow-up (2.6, 13 and 24 months of age) and also with the bacterial load of this pathogen. Also, the polymorphism of IL17A G152A was shown to be associated with increased risk to be colonized by S. pneumoniae at 13 and 24 months of age. Furthermore, the results suggest that IL17A G152A has an effect on production of serum IL-17A already at young age. In conclusion, the results of this study indicate that polymorphisms in the key PRRs and IL17A seem to play an important role to colonization of S. pneumoniae, M. catarrhalis, and S. aureus in healthy young Finnish children. The nasopharyngeal colonization by these pathogenic bacteria may further promote the development of respiratory infections and may be related to development of asthma and allergy in the later life of children. These findings offer a possible explanation why some children have more respiratory infections than other children and provide a rational basis for future studies in this field.

Luontaista immuniteettiä ohjaavien geenien vaihtelevuuden vaikutus tauteja aiheuttavien bakteereiden asustamiseen nuorten lasten nenänieluissa Turun yliopisto, Lääketieteellinen tiedekunta, Lastentautioppi; Turun yliopistollinen keskussairaala, Turun yliopiston kliininen tohtoriohjelma (TKT); Tartuntatautiseurannan ja – torjunnan osasto, Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Turku Annales Universitatis Turkuensis, Medica – Odontologica, Painosalama Oy, Turku, Suomi 2015 Nenänielu on erittäin monimuotoinen ekosysteemi, joka sisältää useita erilaisia bakteereja. Monet näistä bakteereista asustavat oireita aiheuttamatta nuorten lasten nenänielussa, mutta ne voivat usein aiheuttaa myös hengitystieinfektioita ja sairauksia. Yleisimmät taudinaiheuttajabakteerit nenänielussa lapsilla ovat Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis ja Staphylococcus aureus. Luontaisen immuniteetin reseptorit, jotka ilmentyvät luontaisen immuniteetin solujen pinnalla, kontrolloivat elimistön puolustusta bakteereja vastaan. Tällaisia molekyylejä ovat muun muassa Toll-proteiinin kaltaiset reseptorit (TLR), mannoosia sitova lektiini (MBL) ja erilaiset sytokiinit, kuten IL-17A. Useita erilaisia polymorfismeja eli mutaatioita on tunnistettu geeneissä, jotka koodittavat luontaisen immuniteetin reseptoreita ja sytokiinejä. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia luontaista immuniteettiä ohjaavien geenien vaihtelevuuden vaikutusta tauteja aiheuttavien bakteereiden asustamiseen terveiden suomalaisten lasten nenänieluissa lasten kahden ensimmäisen elinvuoden aikana. Tehty tutkimus osoitti, että TLR:ien, MBL2:n ja IL17A:n geneettiset polymorfismit vaikuttavat nuorten lasten nenänieluissa asustaviin bakteereihin. Terveillä 2.6 kuukauden ikäisillä lapsilla, joilla todettiin polymorfismeja MBL2:ssä, sekä polymorfismit TLR2 R753Q ja TLR4 D299G, oli suurempi riski kantaa S. pneumonia, S. aureus ja M. catarrhalis bakteereita nenänielussa, tässä järjestyksessä. Sen lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että 2.6 kk ikäisillä lapsilla polymorfismit MBL2:ssa saattavat johtaa rinoviruksen indusoimaan S. pneumoniae nenänieluasustamiseen. Noin kahden vuoden seurannan aikana (2.6kk-24kk) huomattiin TLR4 D299G polymorfismin olevan mahdollisesti yhteydessä nenänielun kolonisoitumiseen M. catarrhalis bakteereilla ja mahdollisesti myös M. catarrhalis bakteerien kantajuuteen nenänielussa. Lisäksi tutkimus osoitti, että 13 ja 24 kuukauden ikäisillä lapsilla IL17A G152A polymorfismi oli yhteydessä nenänielun kolonisoitumiseen S. pneumoniae bakteereilla ja että IL-17A G152A polymorfismilla oli vaikutus IL-17A sytokiinin seerumipitoisuuteen. Johtopäätöksenä voidaan todeta tutkimuksessa saatujen tulosten viittaavan siihen, että luontaisen immuniteetin reseptoreiden ja sytokiinien polymorfismeilla on mahdollisesti yhteyttä terveiden nuorten suomalaisten lasten nenänielujen kolonisoitumiseen S. pneumoniae, M. catarrhalis ja S. aureus bakteereilla. Tästä voi lasten myöhemmässä elä- mässä olla seurauksena hengitystieinfektioiden lisääntyminen ja toisaalta se voi myös nostaa astman tai allergian kehittymisen riskiä. Tutkimuksessa havaitut polymorfismien ja nenänieluasustamisen mahdolliset yhteydet voivat antaa selityksen sille, minkä takia jotkut lapset saattavat sairastua hengitystieinfektioihin useammin kuin toiset lapset.