Abstract The aims of this work were to study the carriage of respiratory bacteria and to identify risk factors affecting pharyngeal colonisation by these pathogens among young Finnish men during military service, and also to investigate the role of mannose-binding lectin (MBL) concentrations and MBL2 gene polymorphisms in the carriage of respiratory bacteria. A total of 892 military recruits entering the Kainuu Brigade, including 224 men with asthma, were followed up prospectively to the end of their military service. Carriage of Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis and beta-haemolytic streptococci appeared to be higher during and at the end of military service than at the beginning. Smoking was found to be a significant risk factor for colonisation by these bacteria. S.pneumoniae was more common in the asthmatic than military conscripts in the non-asthmatic ones at the beginning of military service. A low MBL level increased the risk of carrying N. meningitidis and beta-haemolytic streptococci during military service among non-smokers but not among smokers. Low MBL levels producing MBL2 haplotypes seemed to be associated with the carriage of N. meningitidis and S. pneumoniae. Characterisation of all the oropharyngeal N.meningitidis isolates obtained (n=215) by phenotypic and genotypic methods showed that most of them belonged to the carriage-associated ST-60 clonal complex. Clonal complexes ST-41/44, ST-32, and ST-23, which have previously been associated with disease, also accounted for a third of the carriage strains. Furthermore, a significant association was indicated between an acute upper respiratory infection and oropharyngeal carriage of the virulent meningococcal ST-23 clone. In conclusion, the results reported here show a significant increase in bacterial carriage during military service and provide new information on the association between MBL and carriage of respiratory bacteria. These findings also highlight the importance of smoking cessation, especially among military conscripts, who have been found to be a risk group for invasive bacterial diseases, and they also point to the importance of meningococcal vaccination for military recruits and the need for an efficacious vaccine against serogroup B meningococci. / Tiivistelmä Hengitystieinfektiot ovat yleisiä varusmiespalvelun aikana. Myös oireeton bakteerien nielukantajuus on lisääntynyt. Useimmiten infektiot ovat lieviä virusinfektioita, mutta bakteerien nielukantajuus voi johtaa myös vaikeisiin bakteeritulehduksiin. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia bakteerien nielukantajuutta varusmiespalveluksen alkaessa ja päättyessä sekä mahdollisten hengitystieinfektioiden aikana ja näin saada uutta tietoa bakteerien nielukantajuuteen vaikuttavista tekijöistä. Lisäksi tavoitteena oli selvittää mannoosia sitovan lektiinin (MBL) sekä MBL2-geenin polymorfismien yhteyttä bakteerien nielukantajuuteen. Työn tarkoituksena oli myös feno- ja genotyypittää varusmiehiltä palveluksen aikana eristetyt meningokokkikannat ja verrata niitä vastaavana ajankohtana invasiivista tautia sairastaneista henkilöistä eristettyihin meningokokkikantoihin. Tutkimuksessa seurattiin prospektiivisesti 892 varusmiestä, jotka suorittivat asepalveluksen Kainuun Prikaatissa vuosina 2004–2006. Tutkimukseen osallistuneista varusmiehistä 224:llä oli astma. Tutkimuksessa havaittiin, että oireeton bakteerien nielukantajuus lisääntyy merkitsevästi varusmiespalveluksen aikana. Lisäksi havaittiin, että tupakointi oli merkittävä itsenäinen riskitekijä pneumokokin, meningokokin sekä beta-hemolyyttisten streptokokkien nielukantajuudelle varusmiespalveluksen aikana. Astmaatikkojen pneumokokin nielukantajuus varusmiespalveluksen alussa oli yleisempi kuin terveiden varusmiesten. Tutkimuksessa osoitettiin myös pienen seerumin MBL-pitoisuuden sekä MBL2-geenin polymorfismin eksoni 1:n alueella ja geenin säätelyalueella olevan riskitekijöitä meningokokin, pneumokokin sekä beta-hemolyyttisten streptokokkien nielukantajuudelle tupakoimattomilla varusmiehillä. Meningokokin nielukannoista jopa kolmasosa kuului genotyyppiryhmään, jonka on aiemmissa tutkimuksissa havaittu liittyvän invasiiviseen tautiin. Tutkimuksessa osoitettiin myös tietyn hyperinvasiivisen meningokokin genotyypin (ST-23) liittyvän hengitystieinfektioepisodeihin. Tässä väitöskirjatyössä osoitettiin, että bakteerien nielukantajuus lisääntyy merkitsevästi varusmiespalveluksen aikana ja että oireettomilla varusmiehillä tavataan myös hyperinvasiivisia meningokokkikantoja. Tutkimus antoi myös uutta tietoa hyperinvasiivisten meningokokin genotyyppien liittymisestä hengitystieinfektioihin sekä MBL:n vaikutuksesta bakteerien nielukantajuuteen. Tutkimushavainnot tukevat tupakoimattomuuden edistämisen tärkeyttä myös varusmiespalveluksen aikana.

Abstract Respiratory tract infections are the most common acute illnesses, and innate immunity and inflammation are important in defence against these infections. Mannose-binding lectin (MBL) mediates innate immune defences by recognising microbial structures. MBL deficiency caused by polymorphisms in the MBL2 gene has been associated with susceptibility to recurrent infections. Interleukin-6 (IL-6) is a mediator of inflammatory response. Polymorphisms in the IL-6 and IL-6 receptor (IL-6R) genes have been previously associated mainly with metabolic disorders and cardiovascular diseases. Chlamydia pneumoniae is a common pathogen in acute respiratory tract infections, but it also has a tendency to cause persistent infections, which have been associated with cardiovascular diseases and its risk factors, such as obesity. The aims of this study were to investigate if selected polymorphisms of the MBL2, IL-6 and IL-6R genes are associated with respiratory tract infections and markers of C. pneumoniae infection, and to study if persistent C. pneumoniae infection is connected with an elevated body mass index (BMI) in 893 Finnish male military conscripts. Respiratory tract infections were followed during their military service and serum samples were collected at the beginning and end of their service and during each infectious episode. A variation in serum MBL levels between different MBL2 genotypes and a MBL deficiency in homozygous exon 1 variant genotypes (at codons 52, 54 and 57) were observed. Low MBL levels and MBL2 polymorphisms in exon 1 and promoter region were found to be risk factors for susceptibility to respiratory tract infections as well as for positivity and a rise in C. pneumoniae antibodies during military service. Associations between IL-6R gene polymorphisms in the promoter region (-183G/A) and in intron 1 and respiratory tract infections were found. In addition, the IL-6 -174G/C polymorphism was associated with persistently elevated C. pneumoniae antibodies and with slightly elevated serum C-reactive protein (CRP) levels, pointing to chronic C. pneumoniae infection. Furthermore, persistent C. pneumoniae antibodies as a suggestive marker of chronic infection, and elevated serum CRP levels as a marker of systemic inflammation, were associated with an elevated BMI. In conclusion, the findings support the role for MBL in susceptibility to infections and provide new information about the association between MBL and common respiratory tract infections. The results also suggest that the 5’ area of the IL-6R gene may be a possible candidate region for respiratory tract infection susceptibility, and that IL-6 genetics may be associated with C. pneumoniae infection. The study also provides new information about the role of possible chronic C. pneumoniae infection in obesity. / Tiivistelmä Hengitystieinfektiot ovat yleisimpiä äkillisiä sairauksia, ja synnynnäisellä immuunivasteella ja tulehduksella on tärkeä rooli puolustuksessa näitä infektioita vastaan. Synnynnäiseen immuniteettiin kuuluva mannoosia sitova lektiini (MBL) tunnistaa infektioita aiheuttavien mikrobien rakenteita. MBL2-geenin polymorfismien aiheuttaman MBL-proteiinin puutteen on todettu altistavan toistuville infektioille. Interleukiini-6 (IL-6) on tulehduksen välittäjänä toimiva sytokiini. IL-6- ja IL-6-reseptori (IL-6R) -geenien polymorfismit on aikaisemmin yhdistetty lähinnä metabolisiin häiriöihin sekä sydän- ja verisuonitauteihin. Chlamydia pneumoniae eli keuhkoklamydia on yleinen hengitystieinfektioiden aiheuttaja, mutta se voi myös aiheuttaa kroonisia infektioita, jotka on yhdistetty sydän- ja verisuonitauteihin sekä niiden riskitekijöihin kuten lihavuuteen. Työn tarkoituksena oli tutkia tiettyjen MBL2-, IL-6- ja IL-6R-geenien polymorfismien yhteyttä hengitystieinfektiohin ja keuhkoklamydiavasta-ainetasoihin sekä keuhkoklamydiainfektion yhteyttä painoindeksiin 893 suomalaisella varusmiehellä. Hengitystieinfektioita seurattiin palveluksen aikana, ja seeruminäytteet kerättiin palveluksen alussa, lopussa ja jokaisen infektion aikana. Tutkimuksessa havaittiin vaihtelua seerumin MBL-pitoisuudessa eri MBL2-genotyyppien välillä sekä MBL:n puute homotsygooteissa eksoni 1 -alueen varianttigenotyypeissä (kodoneissa 52, 54 ja 57). Alhaiset MBL-tasot sekä MBL2-geenin polymorfismit eksoni 1 -alueella ja säätelyalueella olivat riskitekijöitä hengitystieinfektioalttiudelle sekä keuhkoklamydiavasta-aineiden esiintymiselle ja vasta-aineiden nousulle palveluksen aikana. IL-6R-geenin polymorfismit säätelyalueella (-183G/A) ja introni 1 -alueella liittyivät hengitystieinfektioihin. Lisäksi IL-6-geenin -174G/C polymorfismi oli yhteydessä jatkuvasti kohonneisiin keuhkoklamydiavasta-aineisiin sekä seerumin C-reaktiivisen proteiinin (CRP) tasoihin, jotka mahdollisesti osoittaisivat kroonista keuhkoklamydiainfektiota. Lisäksi krooniseen keuhkoklamydia-infektioon viittaavat vasta-ainetasot sekä tulehdukseen liittyvä kohonnut CRP-pitoisuus olivat yhteydessä ylipainoon. Tutkimuksen tulokset tukevat aikaisemmin havaittua MBL:n vaikutusta infektioalttiuteen ja lisäksi antavat uutta tietoa MBL:n yhteydestä tavallisiin hengitystieinfektioihin. Tulokset viittaavat myös siihen, että IL-6R-geenin 5’-alueella voi olla yhteyttä hengitystieinfektioalttiuteen ja että IL-6-polymorfismi olisi yhteydessä keuhkoklamydiainfektioon. Tutkimus antaa myös uutta tietoa mahdollisen kroonisen keuhkoklamydiainfektion liittymisestä ylipainoon.

Abstract Approximately 5.5% of all infants are born preterm (before 37 completed weeks of gestation) in Finland. Preterm birth is the cause of several life-threatening neonatal diseases and long-term morbidity. The most important risk factor for preterm birth is intrauterine infection and inflammation. Approximately 70% of preterm births have a spontaneous onset. Evidence suggests that genetic factors are involved in spontaneous preterm birth (SPTB), but knowledge about the actual genes conferring genetic predisposition is limited. The major aim of this work was to identify genetic factors that predispose to SPTB. Genome-wide linkage analysis was performed to identify genomic regions associating with SPTB in large northern Finnish families recurrently affected by SPTB. Genes near regions with linkage signals were subsequently analyzed in a Finnish case-control population of mothers and infants. Due to their roles in innate immunity, the genes encoding surfactant protein A (SP-A), SP-C, SP-D and mannose-binding lectin (MBL) were also investigated as candidates for SPTB in this population. In addition, expression of SP-C in human and mouse gestational tissues was examined. Linkage signals were detected on chromosome loci 15q26.3, Xq13.1 and Xq21.1 with the phenotype of being born preterm. In subsequent association analyses, the genes encoding the insulin-like growth factor 1 receptor (IGF1R) located within locus 15q26.3 and the androgen receptor (AR) located near locus Xq13.1 were identified as potential novel fetal SPTB susceptibility genes. These genes did not associate with SPTB in the mothers. An association was found between the Met31Thr polymorphism of the SFTPD gene encoding SP-D and SPTB in the infants. There was no association in the mothers. Polymorphisms of the genes encoding SP-A or MBL did not associate with SPTB. The Thr138Asn polymorphism of the SFTPC gene encoding SP-C did not associate with SPTB. However, this polymorphism associated strongly with the interval between preterm premature rupture of membranes and SPTB in the fetuses. Expression of SP-C was detected in human and mouse fetal membranes and placenta, and in mouse pregnant uterus. Currently, there is no effective method to prevent SPTB. The results of this study may help to clarify some of the biological mechanisms underlying SPTB and finally allow the development of specific treatment strategies for its prevention. / Tiivistelmä Suomessa syntyy noin 5,5 % lapsista ennenaikaisina eli raskauden kestettyä vähemmän kuin 37 täyttä viikkoa. Näillä lapsilla on alttius hengenvaarallisiin sairauksiin, ja osalle heistä jää pysyvä kehitysvamma. Noin 70 % ennenaikaisista syntymistä käynnistyy spontaanisti. Tärkein ennenaikaisen syntymän riskitekijä on kohdunsisäinen tulehdusreaktio. Myös perinnöllisten tekijöiden tiedetään vaikuttavan spontaanin ennenaikaisen syntymän (SEAS) käynnistymiseen, mutta alttiusgeenejä tunnetaan huonosti. Työssä pyrittiin tunnistamaan SEAS:lle altistavia perinnöllisiä tekijöitä. Perimänlaajuista kytkentäanalyysiä käyttäen etsittiin SEAS:ään liittyviä perimän kohtia tutkimalla toistuvasti ennenaikaisia syntymiä kokeneita isoja pohjoissuomalaisia perheitä. Kytkentäsignaalien lähellä olevia geenejä tutkittiin tutkimusaineistossa, joka koostui suomalaisista äideistä ja lapsista. Surfaktanttiproteiini A:ta (SP-A), SP-C:tä, SP-D:tä ja mannoosia sitovaa lektiiniä (MBL) koodaavia geenejä tutkittiin ehdokasgeeneinä SEAS:lle tässä populaatiossa, koska nämä proteiinit osallistuvat elimistön puolustukseen ja voivat siten vaikuttaa SEAS:ään liittyvään tulehdusreaktioon. Lisäksi tutkittiin SP-C:n ilmentymistä ihmisen ja hiiren sikiökalvoilla, istukassa ja kohdussa. Kytkentäsignaaleja havaittiin kromosomikohdissa 15q26.3, Xq13.1 ja Xq21.1, kun tutkittavana ilmiasuna oli ennenaikaisena syntyminen. Lisätutkimukset osoittivat, että sikiön insuliininkaltaisen kasvutekijän 1 reseptoria koodaava IGF1R-geeni (kohta 15q26.3) ja androgeenireseptorigeeni AR (lähellä kohtaa Xq13.1) ovat mahdollisia uusia SEAS:n alttiusgeenejä. Nämä geenit eivät selittäneet SEAS:ää äideissä. Sikiön SP-D:tä koodaavan geenin Met31Thr-polymorfismi tunnistettiin mahdolliseksi riskitekijäksi, mutta tämä polymorfismi ei selittänyt SEAS:ää äideissä. SP-A:ta ja MBL:ää koodaavat geenit eivät liittyneet SEAS:ään. SP-C:tä koodaavan geenin Thr138Asn-polymorfismi ei ollut yhteydessä SEAS:ään. Sikiön Thr138Asn-polymorfismi liittyi kuitenkin vahvasti sikiökalvojen puhkeamisen ja SEAS:n väliseen kestoon. SP-C:n havaittiin ilmentyvän ihmisen ja hiiren sikiökalvoilla ja istukassa sekä raskaana olevan hiiren kohdussa. Tulokset antavat uutta tietoa SEAS:n perinnöllisestä taustasta. Tämä tieto voi auttaa selvittämään sen käynnistymiseen johtavia biologisia mekanismeja ja johtaa lopulta uusiin hoitokeinoihin, joilla pystytään estämään spontaaneja ennenaikaisia syntymiä.