@phdthesis{Audretsch2013,
  author    = {Audretsch, Christof},
  title     = {Analysing Quorum Sensing and Biofilm formation in Staphylococcus aureus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-92189},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Staphylococcus aureus (SA) causes nosocomial infections including life threatening sepsis by multi-resistant strains (MRSA). It has the ability to form biofilms to protect it from the host immune system and from anti staphylococcal drugs. Biofilm and planctonic life style is regulated by a complex Quorum-Sensing (QS) system with agr as a central regulator. To study biofilm formation and QS mechanisms in SA a Boolean network was build (94 nodes, 184 edges) including two different component systems such as agr, sae and arl. Important proteins such as Sar, Rot and SigB were included as further nodes in the model. System analysis showed there are only two stable states biofilm forming versus planctonic with clearly different subnetworks turned on. Validation according to gene expression data confirmed this. Network consistency was tested first according to previous knowledge and literature. Furthermore, the predicted node activity of different in silico knock-out strains agreed well with corresponding micro array experiments and data sets. Additional validation included the expression of further nodes (Northern blots) and biofilm production compared in different knock-out strains in biofilm adherence assays. The model faithfully reproduces the behaviour of QS signalling mutants. The integrated model allows also prediction of various other network mutations and is supported by experimental data from different strains. Furthermore, the well connected hub proteins elucidate how integration of different inputs is achieved by the QS network. For in silico as well as in vitro experiments it was found that the sae-locus is also a central modulator of biofilm production. Sae knock-out strains showed stronger biofilms. Wild type phenotype was rescued by sae complementation. To elucidate the way in which sae takes influence on biofilm formation the network was used and Venn-diagrams were made, revealing nodes regulated by sae and changed in biofilms. In these Venn-diagrams nucleases and extracellular proteins were found to be promising nodes. The network revealed DNAse to be of great importance. Therefore qualitatively the DNAse amount, produced by different SA mutants was measured, it was tried to dissolve biofilms with according amounts of DNAse and the concentration of nucleic acids, proteins and polysaccharides were measured in biofilms of different SA mutants. With its thorough validation the network model provides a powerful tool to study QS and biofilm formation in SA, including successful predictions for different knock-out mutant behaviour, QS signalling and biofilm formation. This includes implications for the behaviour of MRSA strains and mutants. Key regulatory mutation combinations (agr-, sae-, sae-/agr-, sigB+, sigB+/sae-) were directly tested in the model but also in experiments. High connectivity was a good guide to identify master regulators, whose detailed behaviour was studied both in vitro and in the model. Together, both lines of evidence support in particular a refined regulatory role for sae and agr with involvement in biofilm repression and/or SA dissemination. With examination of the composition of different mutant biofilms as well as with the examination of the reaction cascade that connects sae to the biofilm forming ability of SA and also by postulating that nucleases might play an important role in that, first steps were taken in proving and explaining regulatory links leading from sae to biofilms. Furthermore differences in biofilms of different mutant SA strains were found leading us in perspective towards a new understanding of biofilms including knowledge how to better regulate, fight and use its different properties.},
  subject      = {Staphylococcus aureus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Balasubramanian2018,
  author    = {Balasubramanian, Srikkanth},
  title     = {Novel anti-infectives against pathogenic bacteria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163882},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Marine sponge-associated actinomycetes are reservoirs of diverse natural products with novel biological activities. Their antibiotic potential has been well explored against a range of Gram positive and negative bacteria. However, not much is known about their anti-infective or anti-virulence potential against human pathogens. This Ph.D. project aimed to investigate the anti-infective (anti-Shiga toxin and anti-biofilm) potential of sponge-derived actinobacteria through identification and isolation of their bioactive metabolites produced and characterizing their mechanism of action by transcriptomics. This thesis is divided into three studies with the overall objective of exploring the anti-infective efficacy of actinomycetes-derived extracts and compound(s) that could possibly be used as future therapeutics. The first study deals with investigation on the anti-Shiga toxin effects of sponge-associated actinomycetes. Diarrheal infections pose a huge burden in several developing and developed countries. Diarrheal outbreaks caused by Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) could lead to life-threatening complications like gastroenteritis and haemolytic uremic syndrome (HUS) if left untreated. Shiga toxin (Stx) produced by EHEC is a major virulence factor that negatively affects the human cells, leading them to death via apoptosis. Antibiotics are not prescribed against EHEC infections since they may enhance the risk of development of HUS by inducing the production and release of Stx from disintegrating bacteria and thereby, worsening the complications. Therefore, an effective drug that blocks the Stx production without affecting the growth needs to be urgently developed. In this study, the inhibitory effects of 194 extracts and several compounds originating from a collection of marine sponge-derived actinomycetes were evaluated against the Stx production in EHEC strain EDL933 with the aid of Ridascreen® Verotoxin ELISA assay kit. It was found that treatment with the extracts did not lead to significant reduction in Stx production. However, strepthonium A isolated from the culture of Streptomyces sp. SBT345 (previously cultivated from the Mediterranean sponge Agelas oroides) reduced the Stx production (at 80 μM concentration) in EHEC strain EDL933 without affecting the bacterial growth. The structure of strepthonium A was resolved by spectroscopic analyses including 1D and 2D-NMR, as well as ESI-HRMS and ESI-HRMS2 experiments. This demonstrated the possible application of strepthonium A in restraining EHEC infections. VI In the second study, the effect of marine sponge-associated actinomycetes on biofilm formation of staphylococci was assessed. Medical devices such as contact lenses, metallic implants, catheters, pacemakers etc. are ideal ecological niches for formation of bacterial biofilms, which thereby lead to device-related infections. Bacteria in biofilms are multiple fold more tolerant to the host immune responses and conventional antibiotics, and hence are hard-to-treat. Here, the anti-biofilm potential of an organic extract derived from liquid fermentation of Streptomyces sp. SBT343 (previously cultivated from the Mediterranean sponge Petrosia ficiformis) was reported. Results obtained in vitro demonstrated its anti-biofilm (against staphylococci) and non-toxic nature (against mouse macrophage (J774.1), fibroblast (NIH/3T3) and human corneal epithelial cell lines). Interestingly, SBT343 extract could inhibit staphylococcal biofilm formation on polystyrene, glass and contact lens surfaces without affecting the bacterial growth. High Resolution Fourier Transform Mass Spectrometry (HR-MS) analysis indicated the complexity and the chemical diversity of components present in the extract. Preliminary physio-chemical characterization unmasked the heat stable and non-proteinaceous nature of the active component(s) in the extract. Finally, fractionation experiments revealed that the biological activity was due to synergistic effects of multiple components present in the extract. In the third study, anti-biofilm screening of 50 organic extracts generated from solid and liquid fermentation of 25 different previously characterized sponge-derived actinomycetes was carried out. This led to identification of the anti-biofilm organic extract derived from the solid culture of Streptomyces sp. SBT348 (previously cultivated from the Mediterranean sponge Petrosia ficiformis). Bioassay-guided fractionation was employed to identify the active fraction Fr 7 in the SBT348 crude extract. Further purification with semi-preparative HPLC led to isolation of the bioactive SKC1, SKC2, SKC3, SKC4 and SKC5 sub-fractions. The most active sub-fraction SKC3 was found to be a pure compound having BIC90 and MIC values of 3.95 μg/ml and 31.25 μg/ml against S. epidermidis RP62A. SKC3 had no apparent toxicity in vitro on cell lines and in vivo on the greater wax moth Galleria melonella larvae. SKC3 was stable to heat and enzymatic treatments indicating its non-proteinaceous nature. HR-MS analysis revealed the mass of SKC3 to be 1258.3 Da. Structure elucidation of SKC3 with the aid of 1D and 2D-NMR data is currently under investigation. Further, to obtain insights into the mode of action of SKC3 on S. epidermidis RP62A, RNA sequencing was done. Transcriptome data revealed that SKC3 was recognized by RP62A at 20 min and SKC3 negatively interfered with the central metabolism of staphylococci at 3 h. Taken VII together, these findings suggest that SKC3 could be a lead structure for development of new anti-staphylococcal drugs. Overall, the results obtained from this work underscore the anti-infective attributes of actinomycetes consortia associated with marine sponges, and their applications in natural product drug discovery programs.},
  subject      = {Marine sponges},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Batzilla2007,
  author    = {Batzilla, Christoph Friedemann},
  title     = {Untersuchungen zur Biofilmbildung und zum Quroum-sensing in Staphylococcus epidermidis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22278},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Das Gram-positive, Koagulase-negative Bakterium Staphylococcus epidermidis war viele Jahrzehnte als harmloser Kommensale der menschlichen Haut und der Schleimh{\"a}ute bekannt. Jedoch hat sich S. epidermidis in den letzten zwanzig Jahren zu einem Haupterreger von Nosokomialinfektionen entwickelt. Dabei unterscheidet sich S. epidermidis im Vergleich zu anderen Erregern durch ein sehr begrenztes Spektrum an Pathogenit{\"a}tsfaktoren, aber auch durch seine F{\"a}higkeit, Biofilme auf k{\"u}nstlichen Oberfl{\"a}chen wie Kathetern und Implantaten formen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit zwei Hauptaspekten, die in der Pathogenit{\"a}t von S. epidermidis eine wichtige Rolle spielen: (i) dem Quorum-sensing System Agr (accessory gene regulator) und (ii) dem zeitlichen Prozess des Aufbaus, sowie der Regulation der Biofilmbildung von S. epidermidis. Das Quorum-sensing System Agr ist Teil eines komplexen regulatorischen Netzwerks. In der vorliegenden Arbeit wird durch Proteom- und Transkriptomanalysen gezeigt, dass das Agr-System in S._epidermidis den Hauptregulator f{\"u}r die Sekretion von extrazellul{\"a}ren Proteinen darstellt und dar{\"u}ber hinaus einen großen Einfluss auf die Regulation des Zentralmetabolismus und der Biosynthese von Aminos{\"a}uren hat. Mittels Mikroarray-Analyse konnte eine wichtige Verkn{\"u}pfung des Agr-Systems mit dem pleiotrophen Repressor CodY identifiziert werden, der viele station{\"a}re-Phase Gene im S._epidermidis Wildtyp reprimiert, jedoch nicht in der getesteten agr Mutante. Dieses f{\"u}hrt zu einem stark ver{\"a}nderten Ph{\"a}notyp der S. epidermidis agr Mutante, in Hinblick auf Wachstumskapazit{\"a}t, der Biofilmbildung, der Invasivit{\"a}t und dem Langzeit{\"u}berleben. Interessanterweise ergaben wissenschaftliche Studien, dass ca. 17 \% der klinischen Isolate nat{\"u}rlich vorkommende agr Mutanten sind. Dieses k{\"o}nnte ein Hinweis darauf sein, dass S. epidermidis agr Mutanten aufgrund ihres stark ver{\"a}nderten Ph{\"a}notyps und ihrer ver{\"a}nderten biochemischen Bed{\"u}rfnisse und Kapazit{\"a}t in der Lage sind, andere {\"o}kologische Nischen im menschlichen Wirt zu besiedeln. Der zweite Teil dieser Arbeit hat die Biofilmbildung von S. epidermidis zum Thema. Durch die Etablierung eines standardisierten Modells der Biofilmbildung, war es m{\"o}glich, {\"u}ber die Einf{\"u}hrung einer Biofilm-Adh{\"a}sion-Ratio die Biofilmbildung als zeitlichen dynamischen Prozess darzustellen und verschiedenste Bedingungen und St{\"a}mme miteinander zu vergleichen. Dabei zeigte sich, dass die Biofilmbildung in S._epidermidis ein klar zeitlich strukturierter Prozess ist, der von Umweltfaktoren und der N{\"a}hrstoffsituation abh{\"a}ngig ist, und dass verschiedene St{\"a}mme sehr unterschiedlich auf Ver{\"a}nderungen in ihrer Umwelt reagieren. Die zeitliche Analyse der Biofilmbildung mittels konfokaler Lasermikroskopie ergab, dass viele der Bakterien im Biofilm sterben. Dieses macht den Biofilm wesentlich anf{\"a}lliger f{\"u}r Str{\"o}mungsscherkr{\"a}fte, die dann ganze Bakterienverb{\"a}nde abl{\"o}sen und zu neuen Infektionsherden schwemmen k{\"o}nnten. Somit erm{\"o}glicht der Tod einer einzelnen Zelle unter Umst{\"a}nden ein besseres klonales {\"U}berleben. Die Mikroarray-Analysen der Genexpression im Biofilm zeigten, dass dieser einen physiologisch klar definierten Prozess durchl{\"a}uft, der zu einer sehr stark verminderten metabolischen Aktivit{\"a}t und einer erh{\"o}hten Antibiotika-Resistenz f{\"u}hrt. Dar{\"u}ber hinaus zeigen Bakterien im Biofilm einen weniger aggressiven Charakter, wie die Expression von Proteasen oder anderer Pathogenit{\"a}tsfaktoren, welches S. epidermidis dabei hilft, dem Immunsystem des Wirts zu entgehen. Diese neuen Ergebnisse zur Regulation der Genexpression im Biofilm und zur Rolle des Quorum-sensing Systems Agr in S. epidermidis tragen wesentlich zum Verst{\"a}ndnis der Pathogenit{\"a}t und der Physiologie dieses wichtigen nosokomialen Erregers bei. Sie bilden eine wichtige theroretische Grundlage f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Studien, mit dem Ziel in Zukunft neue Therapie- und Pr{\"a}ventionsans{\"a}tze gegen S. epidermidis-Infektionen zu entwickeln.},
  subject      = {Staphylococcus epidermidis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bauchart2010,
  author    = {Bauchart, Philippe Michel Paul},
  title     = {Evaluation of the Zoonotic Risk of Escherichia coli Strains involved in Extraintestinal Infections of Humans and Animals. Characterization of New Virulences Factors in ExPEC},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48848},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) represent a subset of the so-called extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) pathotype that can cause various extraintestinal infections in humans and animals. APEC are the causative agent of localized colibacillosis or systemic infection in poultry. In this latter case, the syndrome starts as an infection of the upper respiratory tract and develops into a systemic infection. Generally, ExPEC are characterized by a broad variety of virulence-associated factors that may contribute to pathogenesis. Major virulence factors, however, that clearly define this pathotype, have not been identified. Instead, virulence-associated genes of ExPEC and thus also of APEC could be used in a mix-and-match-fashion. Both pathotypes could not be clearly distinguished by molecular epidemiology, and this suggested a hypothetical zoonotic risk caused by APEC. Accordingly, the main scientific question of this study was to characterize common traits as well as differences of APEC and human ExPEC variants that could either support the possible zoonotic risk posed by these pathogenic E. coli strains or indicate factors involved in host specificity. Comparative genomic analysis of selected APEC and human ExPEC isolates of the same serotype indicated that these variants could not be clearly distinguished on the basis of (i) general phenotypes, (ii) phylogeny, (iii) the presence of typical ExPEC virulence genes, and (iv) the presence of pathoadaptive mutations. Allelic variations in genes coding for adhesins such as MatB and CsgA or their regulators MatA and CsgD have been observed, but further studies are required to analyze their impact on pathogenicity. On this background, the second part of this thesis focused on the analysis of differences between human ExPEC and APEC isolates at the gene expression level. The analysis of gene expression of APEC and human ExPEC under growth conditions that mimick their hosts should answer the question whether these bacterial variants may express factors required for their host-specificity. The transcriptomes of APEC strain BEN374 and human ExPEC isolate IHE3034 were compared to decipher whether there was a specific or common behavior of APEC and human ExPEC, in response to the different body temperatures of man (37°C) or poultry (41°C). Only a few genes were induced at 41 °C in each strain relative to growth at 37 °C. The group of down-regulated genes in both strains was markedly bigger and mainly included motility and chemotaxis genes. The results obtained from the transcriptome, genomic as well as phenotypic comparison of human ExPEC and APEC, supports the idea of a potential zoonotic risk of APEC and certain human ExPEC variants. In the third part of the thesis, the focus was set on the characterization of Mat fimbriae, and their potential role during ExPEC infection. Comparison of the mat gene cluster in K-12 strain MG1655 and O18:K1 isolate IHE3034 led to the discovery of differences in (i) DNA sequence, (ii) the presence of transcriptional start and transcription factor binding sites as well as (iii) the structure of the matA upstream region that account for the different regulation of Mat fimbriae expression in these strains. A negative role of the H-NS protein on Mat fimbriae expression was also proven at 20 °C and 37 °C by real-time PCR. A major role of this fimbrial adhesin was demonstrated for biofilm formation, but a significant role of Mat fimbriae for APEC in vivo virulence could not yet be determined. Interestingly, the absence of either a functional matA gene or that of the structural genes matBCDEF independently resulted in upregulation of motility in E. coli strains MG1655 and IHE3034 by a so far unknown mechanism. In conclusion, the results of this thesis indicate a considerable overlap between human and animal ExPEC strains in terms of genome content and phenotypes. It becomes more and more apparent that the presence of a common set of virulence-associated genes among ExPEC strains as well as similar virulence gene expression patterns and phylogenetic backgrounds indicate a significant zoonotic risk of avian-derived E. coli isolates. In addition, new virulence factors identified in human ExPEC may also play a role in the pathogenesis of avian ExPEC.},
  subject      = {Escherichia coli},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Cho2001,
  author    = {Cho, Seung-Hak},
  title     = {Epidemiologische und molekulare Untersuchungen zur Biofilmbildung in Staphylococcus epidermidis und Staphylococcus aureus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1181296},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Staphylococcus aureus und Staphylococcus epidermidis geh{\"o}ren zu den h{\"a}ufigsten Erregern nosokomialer Infektionen bei immunsupprimierten Patienten. Gleichzeitig bilden diese Bakterien einen wesentlichen Teil der gesunden Hautflora des Menschen. Bisher ist wenig dar{\"u}ber bekannt, ob es Unterschiede in der genetischen Ausstattung zwischen klinischen und kommensalen Isolaten gibt und welche Faktoren zur Etablierung von Staphylokokken im Hospitalmilieu beitragen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, daß die F{\"a}higkeit zur Biofilmbildung offensichtlich ein wesentliches Merkmal pathogener Staphylokokken ist. Die Expression dieses Virulenzfaktors ist dabei hochvariabel und h{\"a}ngt von der genetischen Ausstattung der St{\"a}mme mit dem f{\"u}r die Biofilmbildung verantwortlichen ica-Operon, bestimmten Umweltfaktoren und dem Einfluß von Insertionssequenzen ab. In einer epidemiologische Untersuchung wurde gezeigt, daß in S. epidermidis das ica-Operon h{\"a}ufiger in klinischen als in kommensalen St{\"a}mmen vorkommt. Der {\"u}berwiegende Teil dieser ica-positiven St{\"a}mme bildete ph{\"a}notypisch einen Biofilm aus. Im Unterschied dazu enthielten alle untersuchten S. aureus-St{\"a}mme, unabh{\"a}ngig von ihrer Herkunft, das vollst{\"a}ndige ica-Gencluster, wobei jedoch keiner dieser St{\"a}mme unter Laborbedingungen einen Biofilm bildete. Durch subinhibitorischen Konzentrationen bestimmter Antibiotika bzw. durch Osmostress ließ sich die Biofilmbildung in 30 Prozent der S. aureus-St{\"a}mme induzieren. Ebenso konnte in ica-positiven S. epidermidis-St{\"a}mmen die Biofilmbildung dirch diese Umweltfaktoren stimuliert werden. Die Studie ergab auch, daß es einen Zusammenhang zwischen der Biofilmbildung, der Antibiotikaresistenz und dem Vorkommen der Insertionssequenz IS256 gibt. So war IS256 signifikant h{\"a}ufig in klinischen S. epidermidis und S. aureus-St{\"a}mmen nachweisbar, w{\"a}hrend es keinen Unterschied im Auftreten von IS257 zwischen klinischen und saprophyt{\"a}ren Isolaten gab. Die IS256-positiven S. epidermidis-St{\"a}mme wiesen {\"u}berdurchschnittlich oft das ica-Operon auf und waren gegen mindestens zwei Antibiotika gleichzeitig resistent. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß IS256 an der Phasenvariation der Biofilmbildung in vivo beteiligt ist. Bei einem klinischen S. epidermidis-Stamm, der von einem Patienten mit einer Katheter-assoziierten Harnwegsinfektion isoliert wurde, wurde die Insertion des Elementes im icaC-Gen nachgewiesen, was in einem Biofilm-negativen Ph{\"a}notyp resultierte. Subkultivierung der Insertionsmutante f{\"u}hrte nach wenigen Passagen zur Ausbildung eines Biofilms. Die Nukleotidsequenzierung ergab die vollst{\"a}ndige Exzision von IS256 aus dem icaC-Gen einschließlich der duplizierten Zielsequenz von sieben Basenpaaren. Diese Daten stimmen vollst{\"a}ndig mit den zuvor in einer in-vitro-Studie erhaltenenen Ergebnissen {\"u}berein und sie zeigen, daß IS256 die Expression des ica-Operons offensichtlich auch in vivo w{\"a}hrend einer Infektion beeinflußt. Bei S. aureus konnte in dieser Arbeit ebenfalls eine Phasenvariation der Biofilmexpression nachgewiesen werden. Durch Mehrfachpassagen wurden aus ehemals Biofilm-negativen Einzelkolonien mehrere Biofilmproduzenten gewonnen, die auch wieder zum Biofilm-negativen Ph{\"a}notyp revertieren konnten. Die DNA-Analyse mittels Pulsfeldgelelektrophorese zeigte, daß es in den varianten St{\"a}mmen zu gr{\"o}ßeren DNA-Rearrangements gekommen war, die neben der variablen Biofilmbildung auch mit Unterschieden in der Expression des alternativen Transkriptionsfaktors SigmaB einhergingen. Die Nukleotidsequenzierung des sigB-Systems ergab in den Varianten mehrere Punktmutationen in den SigB-Regulatorgenen rsbU und rsbW. Dies legt nahe, daß der SigB-Genlokus einer starken genetischen Variabilit{\"a}t unterliegt, die wiederum pleiotrope Effekte auf die Genexpression in S. aureus aus{\"u}bt. Durch Northern-Blot-Analysen konnte allerdings gezeigt werden, daß die Biofilmbildung in den S. aureus-Varianten nicht mit der ver{\"a}nderten SigB-Expression in Zusammenhang steht.},
  subject      = {Staphylococcus aureus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eckart2006,
  author    = {Eckart, Martin},
  title     = {Analyse einer chromosomalen Deletion und Entdeckung einer neuartigen nicht-translatierten RNA in Staphylococcus epidermidis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21448},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Staphylococcus epidermidis ist ein wichtiger Bestandteil der gesunden Hautflora des Menschen, gleichzeitig aber auch der h{\"a}ufigste Erreger nosokomialer Infektionen bei immunsupprimierten Patienten. Die Forschungsarbeiten haben sich in den vergangenen Jahren besonders auf Faktoren und Mechanismen konzentriert, welche zur Etablierung der Spezies als Pathogen beigetragen haben. Eine typische Eigenschaft klinischer Isolate ist die F{\"a}higkeit, auf k{\"u}nstlichen Oberfl{\"a}chen Biofilme zu bilden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der IS-vermittelten Genomflexibilit{\"a}t und der Vergleich der Genomstruktur nosokomialer und kommensaler Isolate von S. epidermidis. Dazu wurde eine 260 kb große spontane Deletion im Chromosom des Biofilm-bildenden Stammes S. epidermidis 307 sequenziert und annotiert, von der bekannt war, dass sie durch eine homologe Rekombination zweier IS256-Kopien ausgel{\"o}st wurde. Auf dem deletierten Fragment fanden sich neben dem ica-Operon zahlreiche potentielle Virulenz-assoziierte Gene. Das {\"u}berraschende Ergebnis dieser Analyse war jedoch die Identifizierung eines neuartigen SCC-Elementes, das den rechten Rand der Deletion begrenzt. Dies ist die erste Beschreibung eines SSC-Elementes mit einer CcrC-Rekombinase, dem das Methicillin-Resistenzgen mecA fehlt. In der N{\"a}he des Rekombinasegens fand sich S.-haemolyticus-spezifische DNA. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das SCC-Element durch die IS256/Tn4001 -vermittelte Deletion in der Mutante verk{\"u}rzt wurde. Genomvergleiche ica-positiver und ica-negativer St{\"a}mme von S. epidermidis mittels Microarrays, sowie in-silico-Analysen zweier vollst{\"a}ndiger S.-epidermidis-Genome ergaben, dass sich kommensale und pathogene St{\"a}mme in nur wenigen Faktoren unterscheiden. Diese befinden sich jedoch fast alle in einer Region um den oriC, in dessen N{\"a}he auch die Insertionsstelle f{\"u}r die SCCmec-Inseln lokalisiert ist. Das deletierte DNA-Fragment von S. epidermidis 307 konnte ebenfalls dieser Region zugeordnet werden, die offenbar eine Zone hoher genomischer Flexibilit{\"a}t darstellt, in der fremde DNA integriert werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit konnte außerdem gezeigt werden, dass das ica-Operon diesen variablen Genomabschnitt begrenzt. Die exakte Grenze zwischen ica-positiven und ica-negativen St{\"a}mmen bildet eine Thr-tRNA, die in einer 1,4 kb großen intergenischen Region stromabw{\"a}rts des icaR-Regulatorgens lokalisiert ist. In unmittelbarer Nachbarschaft konnte ein Transkript nachgewiesen werden, welches nur in ica-positiven S. epidermidis vorkommt. Gest{\"u}tzt auf bioinformatische Analysen wurden zun{\"a}chst die Polarit{\"a}t und L{\"a}nge des Transkriptes, sowie der korrespondierende Promotor experimentell bestimmt. Demnach handelt es sich um eine 487 nt lange RNA, die entgegengesetzt zur Thr-tRNA orientiert ist und mit dieser teilweise {\"u}berlappt. Da die Nukelotid-Sequenz weder eine Ribosomen- Bindungsstelle noch einen gr{\"o}ßeren Leserahmen aufweist, ist es sehr wahrscheinlich, dass es sich um eine nicht-translatierte RNA handelt. Qualitative RT-PCR-Experimente zeigten, dass die IGRica-RNA kostitutiv exprimiert wird. Spontane IS256 -Insertionsmutanten in der Promotorregion der IGRica-RNA wiesen ph{\"a}notypisch eine deutlich verminderte Biofilmbildung auf. Daher ist zu vermuten, dass die IGRica-RNA in die Regulation dieses wichtigen Virulenzfaktors involviert ist. In der vorliegenden Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass S. epidermidis das in vielen Spezies konservierte Hfq-Protein exprimiert, welches ein Bindungspartner und Chaperon f{\"u}r zahlreiche regulatorische RNAs darstellt. gel-shift-Experimente mit rekombinantem Hfq-Protein aus S. epidermidis ergaben jedoch keine nachweisbare Wechselwirkung der IGRica-RNA mit diesem Faktor in vitro. Insgesamt hat die Studie gezeigt, dass S. epidermidis eine Spezies mit einer außerordentlich hohen Genomflexibilit{\"a}t ist, die sich haupts{\"a}chlich in einer bestimmten Genomregion abspielt und f{\"u}r die IS-Elemente von besonderer Bedeutung sind. Die Identifizierung von DNA aus anderen Staphylokokken-Arten in dieser Region zeigt, dass S. epidermidis zu horizontalem Gentransfer {\"u}ber Speziesgrenzen hinweg in der Lage ist. Dies, sowie die Daten zur neuen SCC-Kassette, unterstreichen die Bedeutung von S. epidermidis als Reservoir f{\"u}r die Entwicklung neuartiger Resistenz- und Virulenzdeterminanten, die gerade im Krankenhausmilieu auf Spezies mit h{\"o}herem Virulenzpotential {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen und so einen wichtigen Faktor f{\"u}r die anhaltende Problematik nosokomialer Infektionen mit S. aureus darstellen. Die Entdeckung einer RNA mit m{\"o}glicherweise regulatorischer Funktion ist der erste Faktor dieser Art, der - abgesehen von einigen phylogenetisch hoch konservierten RNAs - bisher in S. epidermidis nachgewiesen wurde. Die funktionale Analyse der IGRica-RNA und die Suche nach weiteren regulatorischen RNAs in Staphylokokken er{\"o}ffnen ein Forschungsfeld, das zum besseren Verst{\"a}ndnis der Lebensweise dieser bedeutenden Erreger beitragen kann.},
  subject      = {Staphylococcus epidermis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Elias2007,
  author    = {Elias, Roman},
  title     = {Mikrobiologische Untersuchungen zum Vergleich verschiedener Materialien f{\"u}r Mittelohrimplantate},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22560},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {An Mittelohrimplantate werden hohe Anspr{\"u}che im Bezug auf die Bio- und Formstabilit{\"a}t, intraoperative Handhabung und Schallleitungseigenschaften gestellt. Die Besonderheit bei Mittelohrimplantaten stellt jedoch die potentielle bakterielle Besiedlung des Implantationsgebiets dar. Das Mittelohr hat durch die Tuba auditiva eine Verbindung mit den oberen Atemwegen. Dadurch kann es zum Beispiel durch eine aufsteigende Infektion der Atemwege zu einer bakteriellen Besiedlung der Mittelohrimplantate kommen. Ziel dieser Arbeit war es die Besiedlung von Polystyrol, Gold, Silber, Stahl und Titan durch die Bakterienst{\"a}mme Escherichia coli, Staphylokokkus epidermidis, Streptokokkus pneumoniae zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden jeweils vier Pl{\"a}ttchen eines Testmaterials mit einer Bakterienmonokultur besiedelt. Es wurden zwei Methoden ausgew{\"a}hlt um die Besiedlung der Versuchskeime auf den Testmaterialien zu bestimmen. Zum einem wurden die an den Pl{\"a}ttchen adh{\"a}rierenden Keime abgel{\"o}st und nach einer Verd{\"u}nnungsreihe auf N{\"a}hrb{\"o}den ausgebracht. Nach der Bebr{\"u}tung wurden die entstandenen Kolonien (CFU) ausgez{\"a}hlt. Bei der zweiten Methode wurden die adh{\"a}rierenden Keime auf den Pr{\"u}fk{\"o}rpern belassen und mit einem fluoreszierenden DNA-Farbstoff angef{\"a}rbt. Mit einem Photometer wurde die Besiedlung der Bakterien auf den Materialien statistisch bestimmt. Polystyrol und Silber dienten als Referenzmaterialien. Bei der Auswertung mittels Photometer musste aufgrund der Eigenfluoreszenz auf die Verwendung von Polystyrol verzichtet werden. Die Ergebnisse beider Methoden ergaben f{\"u}r alle Keime das h{\"o}chste Adh{\"a}sionsverhalten auf Titan. Stahl wurde von den Versuchskeimen ebenfalls gut besiedelt. Auf der Goldoberfl{\"a}che wurde die geringste Adh{\"a}sion der Keime festgestellt. Eine deutliche bakterizide oder bakteriostatische Wirkung von Stahl und Titan konnte bei keinem der verwendeten Bakterienst{\"a}mme festgestellt werden. Gold hingegen konnte deutlich das Bakterienwachstum hemmen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Freytag2005,
  author    = {Freytag, Andreas},
  title     = {Adh{\"a}renz humanpathogener Staphylokokken auf orthop{\"a}dischen Implantatmaterialien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14178},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die Anzahl an implantierten Gelenkendoprothesen hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Mit ihr auch die Anzahl an Protheseninfektionen. Die Haupterreger sind Staphylokokken (>80\%). Diese sind in vivo unempfindlich gegen{\"u}ber Antibiotika und somit ist die einzige sinnvolle Therapie der Ausbau der infizierten Prothese, welcher lange und kostenspielige Krankenhausaufenthalte f{\"u}r den Patienten mit sich bringt. Der Grund f{\"u}r diese Resistenz der Bakterien liegt darin, dass sie zur Biofilmbildung f{\"a}hig sind und sehr gut an Fremdk{\"o}rper-Oberfl{\"a}chen adh{\"a}rieren k{\"o}nnen. Welche Methode nun geeignet ist, die Adh{\"a}renz von Staphylokokken am besten unter klinisch relevanten Bedingungen zu untersuchen, ist zu pr{\"u}fen. Das in der Arbeit entwickelte Modell erm{\"o}glicht eine semiquantitative Bestimmung der Adh{\"a}renz. F{\"u}r die Versuche wurden Metallpr{\"u}fk{\"o}rper aus Titan und Kobalt-Chrom-Legierung verwendet. Zuvor wurden diese Metalle mit bestimmen Reinigungs- und Sterilisationsvorg{\"a}ngen ges{\"a}ubert. Ein Teil der verwendeten Pr{\"u}fk{\"o}rper ist vor Beimpfung mit den Keimen durch Serumproteine bzw. Gewebsfl{\"u}ssigkeiten beschichtet worden, um das Anheftungsverhalten unter verschiedenen Bedingungen beurteilen zu k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r wurden Albumin, Kollagen Typ I und Typ II, Fibronektin und Fibrinogen verwendet. Sieben Titan-Pr{\"u}fk{\"o}rper sind in Schlieren (Schweiz) durch ein spezielles Verfahren mit PLL-g-PEG, einem Makromolek{\"u}l welches die Adh{\"a}sion von Proteinen herabsetzt, beschichtet worden. Eine Auswirkung durch Infektionen sollte hierbei {\"u}berpr{\"u}ft werden. Die Auswertung wurde unter REM-Betrachtung durchgef{\"u}hrt. Hierbei ist eine semiquantitative Abstufung der Adh{\"a}renzkraft von 1-5 getroffen worden. In den Ergebnissen zeigten die beiden verwendeten Metalle Titan und Kobalt-Chrom-Legierung keine wesentlichen Unterschiede in der gezeigten Adh{\"a}renz von Staphylokokken. Durch die Serumprotein- und Gewebsfl{\"u}ssigkeitsbeschichtung ließen sich Unterschiede unter verschiedenen Bedingungen feststellen. Fibronektin und Fibrinogen bewirken eine starke Zunahme an adh{\"a}renten Bakterienzellen. Kollagen Typ I und II zeigen eine leichte Adh{\"a}renzverst{\"a}rkung und bewirken Biofilmbildung. Albuminbeschichtung reduziert die Anzahl adh{\"a}renter Staphylokokken. Die PLL-g-PEG Beschichtung l{\"o}st starke Adh{\"a}renz und Biofilmbildung aus. Die hier angewandte Methode, kontaminierte Metallpr{\"u}fk{\"o}rper unter dem Rasterelektronenmikroskop zu betrachten, eignet sich um das Adh{\"a}renzverhalten von Bakterien zu beurteilen. Dabei lassen sich die Versuchsbedingungen auf vielfache Weise ver{\"a}ndern. Verschiedene Metalle und andere Materialien k{\"o}nnen miteinander verglichen werden. Des Weiteren ist es m{\"o}glich, unterschiedliche Proteinbeschichtungen vorzunehmen, um deren Einfluss auf die Adh{\"a}renz zu zeigen. Zus{\"a}tzlich ist eine Durchf{\"u}hrung der Versuche unter Bewegung m{\"o}glich, was eine Ann{\"a}herung an die Verh{\"a}ltnisse im menschlichen K{\"o}rper bedeutet. Neben Staphylokokken k{\"o}nnten auch andere Bakterienspezies untersucht werden. In dieser Studie wird erstmals gezeigt, dass Kollagen eine Biofilmbildung bei Staphylokokken induziert. Dies bedarf weiterer Untersuchung, welcher Mechanismus hierf{\"u}r verantwortlich ist. Die PLL-g-PEG Beschichtung hat auf Infektionen keine erfolgsversprechende Wirkung. Im Gegenteil, es kommt zu einer starken Besiedlung des Fremdmaterials. Albumin dagegen zeichnet sich durch eine Herabsetzung der Adh{\"a}renzst{\"a}rke aus. Daraus k{\"o}nnte man therapeutischen Nutzen ziehen und Implantate vor Einbau mit Albumin beschichten.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{GarciaBetancur2018,
  author    = {Garcia Betancur, Juan Carlos},
  title     = {Divergence of cell-fates in multicellular aggregates of \(Staphylococcus\) \(aureus\) defines acute and chronic infection cell types},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-148059},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Staphylococcus aureus is a versatile human pathogen that normally develops acute or chronic infections. The broad range of diseases caused by this bacterium facilitates the escape from the host's immune response as well as from target-specific antimicrobial therapies. Nevertheless, the underlying cellular and molecular mechanisms that enable S. aureus to cause these disparate types of infections are largely unknown. In this work, we depicted a novel genetic program involved in the development of cell-fate decision, which promotes the differentiation of the staphylococcal cells into two genetically identical but differently heritable cell lines capable of defining the course of an infection, by simultaneously progressing to (i) a biofilm-associated chronic infection or (ii) a disperse acute bacteremia. Here, S. aureus growing in architecturally complex multicellular communities harbored different cell types that followed an exclusive developmental plan, resulting in a clonal heterogeneous population. We found that these cell types are physiologically specialized and that, this specialization impacts the collective behavior within the multicellular aggregates. Whereas one cell line that we named BRcells, promotes biofilm formation that engenders chronic infections, the second cell line, which we termed DRcells is planktonic and synthetizes virulence factors, such as toxins that can drive acute bacteremia. We identified that the positive feedback loop present in Agr quorum sensing system of S. aureus acts a bimodal switch able to antagonistically control the divergence of these two physiologically distinct, heritable cell lines. Also, we found that this bimodal switch was triggered in response to environmental signals particularly extracellular Mg2+, affecting the size of the subpopulations in specific colonization environments. Specifically, Mg2+-enriched environments enhanced the binding of this cation to the staphylococcal teichoic acids, increasing the rigidity of the cell wall and triggering a genetic program involving the alternative sigma factor σB that downregulated the Agr bimodal switch, favoring the enrichment of the BRcells type. Therefore, colonization environments with different Mg2+ content favored different outcomes in the bimodal system, defining distinct ratio in the BRcells/DRcells subpopulations and the S. aureus outcome in our in vitro model of development of multicellular aggregates and, the infection outcome in an in vivo mice infection model. In this prime human pathogen cell-fate decision-making generates a conserved pattern of heritable, physiological heterogeneity that actively contributes to determine the course of an infection through the emergence and spatio-temporal dynamics of distinct and specialized cell types. In conclusion, this work demonstrates that cell differentiation in pathogenic bacteria is a fundamental phenomenon and its understanding, is central to understand nosocomial infections and to designing new anti-infective strategies},
  subject      = {Staphylococcus aureus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Haker2021,
  author    = {Haker, Felix},
  title     = {Entwicklung eines in vitro Ansatzes zur Testung von Biofilm-Nachweismethoden und Antibiotikawirksamkeit},
  doi       = {10.25972/OPUS-25070},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-250703},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von aus Patientenisolaten gewonnenen S. aureus Kulturen und deren Biofilmbildung auf implantat{\"a}hnlichen Titan-Oberfl{\"a}chen. Ziel war es, den zeitlichen Ablauf bakterieller periprothetischer Infektionen {\"u}ber einen Zeitraum von 21 Tagen zu beschreiben und besser zu verstehen. Dazu sollte {\"u}berpr{\"u}ft werden, ob ein fluoreszenzspektrometrisch ausgewertetes LIVE/DEAD Assay eine zus{\"a}tzliche Aussage zum Status der im Biofilm befindlichen Zellen liefern kann. Zudem wurde die Biofilmentwicklung anhand etablierter fluoreszenzspektrometrischer Methoden (Concanavalin-A-Markierung extrazellul{\"a}rer Polymerer Substanzen, DNA-Markierung mit Hoechst 33342) untersucht. Es konnte ein reproduzierbarer Verlauf der Entwicklung des Biofilms, sowie der DNA-Menge aufgezeigt werden. Das LIVE/DEAD Assay lieferte keine signifikanten Ergebnisse in Bezug auf das Verh{\"a}ltnis lebender zu toter S. aureus Zellen im Biofilm. Weiter wurde die Angreifbarkeit des fr{\"u}hen, am Titan adh{\"a}renten Biofilms (Alter 1-5 Tage) durch das in der Orthop{\"a}die g{\"a}ngig eingesetzte Antibiotikum Gentamicin untersucht. Die Wirksamkeit konnte zu jedem getesteten Zeitpunkt der ersten f{\"u}nf Tage durch Anzucht von Kolonien best{\"a}tigt werden. Auch wurde die Wirksamkeit {\"u}ber das LIVE/DEAD Assay {\"u}berpr{\"u}ft, jedoch konnten hier keine aussagekr{\"a}ftigen Daten gewonnen werden, die diese Methode zur {\"U}berpr{\"u}fung der Antibiotikawirksamkeit empfehlen k{\"o}nnten.},
  subject      = {Biofilm},
  language  = {de}
}