Molecular and functional characterization of the novel Lectin EclA from the enterobacter cloacae complex

Abstract

Bacterial lectins are carbohydrate-binding proteins that contribute to pathogenesis, making them attractive anti-virulence targets. The Enterobacter cloacae complex (ECC), a group of opportunistic pathogens with rising antibiotic resistance, requires such alternative strategies. This thesis presents the first functional characterization of EclA, a newly identified two-domain lectin in ECC species and structurally related to the virulence-associated lectin LecA of Pseudomonas aeruginosa. Targeted gene deletions in E. cloacae subsp. dissolvens and subsp. cloacae showed that EclA is a key driver of aggregation in subsp. dissolvens, a process central to biofilm development. Loss of eclA abolished aggregation in this subspecies but had no detectable effect in subsp. cloacae under the conditions tested. EclA did not act as a primary host adhesin: recombinant protein bound selected host glycans and human type O+ red blood cells in vitro, but this activity was absent in whole-cell assays under the conditions tested, suggesting a role focused on bacterial community interactions. A Galleria mellonella infection model established here now enables direct assessment of EclA’s contribution to virulence and its potential as an anti-virulence target. The findings also open new research avenues, including the role of the plasmid-borne TeR cluster in stress-induced aggregation and evidence for an unidentified hemagglutinating lectin, offering deeper insight into ECC pathophysiology.

Bakterielle Lektine sind kohlenhydratbindende Proteine, die zur Pathogenese beitragen und daher als Anti-Virulenz-Ziele vielversprechend sind. Der Enterobacter-cloacae-Komplex (ECC), eine Gruppe opportunistischer Erreger mit steigender Antibiotikaresistenz, macht solche Alternativen notwendig. Diese Arbeit liefert die erste funktionelle Charakterisierung von EclA, einem neu identifizierten zweidomainigen Lektin in ECC-Arten, das strukturell LecA von Pseudomonas aeruginosa ähnelt. Gezielte Genlöschungen in E. cloacae subsp. dissolvens und subsp. cloacae zeigten, dass EclA in subsp. dissolvens ein zentraler Treiber der Aggregation und damit der Biofilmbildung ist. Der Verlust von eclA hob diese Aggregation auf, hatte jedoch unter den getesteten Bedingungen keinen Effekt in subsp. cloacae. EclA fungierte nicht als primäres Wirtsadhäsin: Rekombinantes Protein band zwar ausgewählte Glykane und humane Erythrozyten des Typs O+ in vitro, doch diese Aktivität fehlte in Vollzellassays, was auf eine vorwiegend innerbakterielle Funktion hinweist. Ein etabliertes Galleria-mellonella-Infektionsmodell ermöglicht nun die direkte Untersuchung des Beitrags von EclA zur Virulenz und seines Potenzials als Anti-Virulenz-Ziel. Zudem weisen die Ergebnisse auf neue Forschungsansätze hin, darunter die Rolle des plasmidkodierten TeR-Clusters bei stressinduzierter Aggregation und Hinweise auf ein bislang unbekanntes hämagglutinierendes Lektin.