@phdthesis{Sterzenbach2006,
  author    = {Sterzenbach, Torsten},
  title     = {Untersuchungen zur Pathogenit{\"a}t von Helicobacter hepaticus : genomische und funktionelle Aspekte},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20318},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Helicobacter hepaticus stellt den Prototyp der enterohepatischen Helicobacter dar und f{\"u}hrt zu einer persistenten Infektion von M{\"a}usen. In immundefizienten Tieren kann er eine chronische Entz{\"u}ndung des Darmtraktes ausl{\"o}sen, welche den chronisch entz{\"u}ndlichen Darmerkrankungen des Menschen, Morbus Crohn und Colitis Ulcerosa, {\"a}hnelt. Deshalb wird H. hepaticus bevorzugt als Modellorganismus zur Untersuchung der immunologischen Ursachen von chronisch entz{\"u}ndlichen Darmerkrankungen im Tiermodell eingesetzt. Ebenfalls kann eine Infektion mit H. hepaticus in suszeptiblen M{\"a}usest{\"a}mmen (z.B. Balb/c, C3H/An) zu Entz{\"u}ndungen der Leber und Galleng{\"a}nge f{\"u}hren, welche sich bis zu einer Hepatitis und Leberkarzinomen ausweiten k{\"o}nnen. In den meisten Studien wurde H. hepaticus bisher aber haupts{\"a}chlich als Ausl{\"o}ser dieser Erkrankungen eingesetzt, w{\"a}hrend die bakterielle Seite kaum betrachtet wurde. Im Rahmen dieser Arbeit wurde in einer Kooperation mit MWG Biotech, GeneData und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) die Gesamtgenomsequenz des H. hepaticus Referenzstammes ATCC 51449 bestimmt und annotiert. Das Genom hat eine Gr{\"o}ße von 1.799.146 bp und kodiert f{\"u}r 1.875 Proteine. Die globale {\"A}hnlichkeit des Genoms von H. hepaticus ist etwa gleich groß zu den sequenzierten Genomen von H. pylori und C. jejuni. Es fehlen H. hepaticus aber die meisten Virulenzfaktoren von H. pylori wie Adh{\"a}sine (SabA, BabA, AlpA), VacA und die meisten Proteine der cag-Pathogenit{\"a}tsinsel, w{\"a}hrend Homologe zu Pathogenit{\"a}tsfaktoren von C. jejuni wie CDT und Peb1 vorhanden sind. Das Genom von H. hepaticus enth{\"a}lt neben vielen kleineren genomischen Inseln eine Genominsel mit einer Gr{\"o}ße von 71 kb, welche als HHGI1 benannt wurde. Sie kodiert mutmaßlich f{\"u}r ein TypIV-Sekretionssystem und enth{\"a}lt weitere Virulenzfaktoren. In Microarray- basierten Gesamtgenomvergleichen konnte gezeigt werden, dass die Insel in sieben von 13 untersuchten St{\"a}mmen großteils oder komplett fehlt. W{\"a}hrend M{\"a}use, aus denen HHGI1-positive St{\"a}mme isoliert wurden, pathologische Ver{\"a}nderungen der Leber aufwiesen, wies keine von den M{\"a}usen, aus denen HHGI1-negative St{\"a}mme isoliert wurden, Auff{\"a}lligkeiten in der Leber oder dem Gallentrakt auf. In einem Tiermodell wurde in Kooperation mit dem MIT gezeigt, dass zwei Insel-negative St{\"a}mme zu einer geringeren Besiedlung und einer schw{\"a}cheren Entz{\"u}ndung der Leber als der Insel-positive Referenzstamm ATCC 51449 f{\"u}hren. Durch die Genomvergleiche konnte auch gezeigt werden, dass verschiedene H. hepaticus-St{\"a}mme trotz einer niedrigen Sequenzvariabilit{\"a}t eine hohe Variation des Genomgehalts aufweisen und dass neben der HHGI1-Insel weitere kleinere Inseln in einzelnen St{\"a}mmen fehlen. Es wurden in der vorliegenden Arbeit erstmals verschiedene isogene Mutanten von H. hepaticus in der HHGI-1-Insel hergestellt, die in vitro eine verringerte Immunstimulation in Makrophagen zeigten. Der Mechanismus dieser Immunsuppression konnte noch nicht vollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt werden, sie werden jedoch derzeit in Mausmodellen weiter auf ihre krankheitsausl{\"o}senden Eigenschaften untersucht. Da bisher keine gut charakterisierten Zellkulturmodelle f{\"u}r die in vitro-Untersuchung von H. hepaticus vorlagen, wurden solche im Rahmen dieser Arbeit etabliert. Dazu wurden die intestinale murine epitheliale Zelllinie m-ICcl2, welche das prim{\"a}re Habitat von H. hepaticus (Krypten im D{\"u}nndarm) imitiert, die murine Hepatozytenzelllinie NCTC Klon 1469, welche ein m{\"o}gliches sekund{\"a}res Habitat (Lebercanaliculi) imitiert und die murine Makrophagenzelllinie J774 benutzt. W{\"a}hrend J774 und NCTC Klon 1469 durch die meisten Liganden f{\"u}r Mustererkennungsrezeptoren stimuliert werden konnten, reagierten m-ICcl2- Zellen substantiell nur auf den TLR4-Liganden E. coli-LPS. Dementsprechend induzierte H. hepaticus in J774 und NCTC Klon 1469 eine starke proinflammatorische Antwort, w{\"a}hrend m-ICcl2 trotz guter Adh{\"a}renz nur schwach von H. hepaticus stimuliert wurde. Es wurde gezeigt, dass LPS und Flagelline von H. hepaticus nur eine geringe immunstimulatorische Wirkung besitzen, w{\"a}hrend Lipoproteine und vermutlich auch Peptidoglykan die wichtigsten PAMPs von H. hepaticus darstellen. Durch die Analyse der durch H. hepaticus ausgel{\"o}sten globalen Genregulation in J774 und NCTC Klon 1469 wurde nachgewiesen, dass H. hepaticus nicht prim{\"a}r {\"u}ber NF-\&\#954;B, sondern {\"u}ber MAP-Kinasen eine proinflammatorische Antwort ausl{\"o}st. Außerdem wurde gezeigt, dass H. hepaticus untypisch f{\"u}r extrazellul{\"a}re Bakterien eher eine Wirtsantwort ausl{\"o}st, welche der durch intrazellul{\"a}re Bakterien {\"a}hnelt. In diesen Modellen f{\"u}hrten HHGI1-negative St{\"a}mme oder Mutanten der HHGI1-Insel zu einer leicht verringerten proinflammatorischen Antwort. Dies spiegelte sich auch in der transkriptionellen Regulation von Schl{\"u}sselfaktoren der angeborenen Immunantwort wie TLR2, IL-12, NOD2 oder Tollip wieder. In m-ICcl2-Zellen f{\"u}hrte eine Koinkubation mit lebenden H. hepaticus oder Lysaten zu einer verringerten durch E. coli-LPS ausgel{\"o}sten Induktion von MIP-2. Darauf basierend wurde gezeigt, dass LPS von H. hepaticus einen wesentlichen Faktor f{\"u}r diese Inhibierung der proinflammatorischen Antwort darstellt, nicht jedoch die HHGI-1-Insel oder andere vermutete Virulenzfaktoren. Zumindest auf mRNA-Ebene wurde durch H. hepaticus auch die Induktion anderer Cytokine wie TNF-\&\#945; oder MIP-1\&\#945; gehemmt. Eine prim{\"a}re Koinkubation von m-ICcl2 mit E. coli-LPS f{\"u}hrte zu einer Toleranzinduktion gegen{\"u}ber einer zweiten Stimulation. Diese Toleranzinduktion wurde durch eine Inkubation mit H. hepaticus ebenfalls gehemmt. Die Hemmung der proinflammatorischen Antwort durch H. hepaticus-LPS konnte auch in NCTC Klon 1469 und unter serumfreien Bedingungen f{\"u}r die durch S. typhimurium- Flagellin induzierte IL-8 Sekretion in der humanen Kolonkarzinomzelllinie Caco2 nachgewiesen werden. Damit war diese Hemmung weder zellspezifisch noch spezifisch f{\"u}r die TLR4-abh{\"a}ngige Stimulation. Basierend auf dieser Arbeit wurde ein Modell f{\"u}r die Entstehung einer chronischen Entz{\"u}ndung im Intestinaltrakt entwickelt, welches Erkl{\"a}rungsans{\"a}tze f{\"u}r die Entwicklung einer chronisch entz{\"u}ndlichen Darmerkrankung im Menschen liefern k{\"o}nnte.},
  subject      = {Helicobacter hepaticus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hemmrich2002,
  author    = {Hemmrich, Ulrike},
  title     = {Beschreibung und Charakterisierung einer neuen Pathogenit{\"a}tsinsel, integriert in das selC-Gen von "Locus of enterocyte effacement"-negativen, Shiga-Toxin-produzierenden Escherichia coli},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3678},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Shiga Toxin-produzierende Escherichia coli (STEC) verursachen Diarrh{\"o}en und h{\"a}morrhagische Colitis. Als lebensbedrohliche Komplikation k{\"o}nnen sie ein h{\"a}molytisch-ur{\"a}misches Syndrom ausl{\"o}sen. Bisher identifizierte Virulenz-faktoren der STEC sind auf Bakteriophagen, Plasmiden und Pathogenit{\"a}tsinseln kodiert. Bei der Mehrzahl der klinischen STEC-Isolate konnte die Pathogen-it{\"a}tsinsel LEE (locus of enterocyte effacement) nachgewiesen werden. Der LEE ist stromabw{\"a}rts des Gens f{\"u}r eine Selenocystein-tRNA (selC) ins Chromosom integriert. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung von STEC, denen der LEE fehlt und die funktionelle Analyse von potentiellen Virulenz-assoziierten Genen. Dabei wurde eine Fokussierung auf Gene vorgenommen, die im Bereich der selC-Region vorkommen. Mittels PCR wurde zun{\"a}chst {\"u}berpr{\"u}ft, ob bei den LEE-negativen STEC-St{\"a}mmen Fremd-DNA in der selC-Region integriert ist. Hierzu wurden 35 LEE-negative STEC getestet. Bei 13 St{\"a}mmen konnte eine Insertion von Fremd-DNA gezeigt werden. Von einem dieser St{\"a}mme (E. coli 4797/97, Serovar O91:H-) wurde aus einer Genbank ein die selC-Region enthaltendes DNA-Fragment identifiziert. Ein 37,7 kb großes Fragment dieses Cosmids wurde vollst{\"a}ndig sequenziert. Die Analyse der gesamten Sequenz ergab 30 offene Leserahmen mit L{\"a}ngen zwischen 95 und 4092 bp. Der G+C-Gehalt betrug 47,4\%. An mehreren Stellen wurden Bereiche mit hoher Homologie zu verschiedenen Insertionssequenzen, inverted repeats und Integrasen gefunden. Drei Leserahmen hatten eine hohe Homologie zu bereits bekannten Genen. Hierbei handelt es sich um die iha- , btuB- und espP-Gene von E. coli. Das iha-Gen kodiert f{\"u}r ein Adh{\"a}renz-vermittelndes Protein, btuB f{\"u}r den Vitamin B12 Rezeptor und espP f{\"u}r eine Serinprotease. Bei den iha-Adh{\"a}sinen und Serinproteasen handelt es sich um potentielle Pathogenit{\"a}tsfaktoren. Der sequenzierte Bereich hat somit die charakteristischen Eigenschaften einer Pathogenit{\"a}tsinsel: Die Pr{\"a}senz von mehreren Pathogenit{\"a}tsgenen und mobilen Elementen (Insertionselemente, Integrasen), die Lokalisation nahe an tRNA-Genen sowie ein ver{\"a}nderter G+C-Gehalt gegen{\"u}ber dem Restgenom. Zur weiteren Charakterisierung des espI-Genprodukts wurde espI subkloniert. Bei der Untersuchung von Kultur{\"u}berst{\"a}nden zeigte sich, dass der Subklon DH5/pzh4 ein Protein von etwa 110 kDa sezernierte. In weiteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Serinprotease des Stammes 4797/97 als 140,8 kDa großes Vorl{\"a}uferprotein synthetisiert und w{\"a}hrend des anschließenden Exportvorganges sowohl N-terminal als auch C-terminal prozessiert wird. Das C-terminale Ende wirkt als Translokator durch die {\"a}ußere Membran, wo es nach Abspaltung des reifen EspI-Proteins verbleibt. Das reife Protein weist eine Gr{\"o}ße von 110,5 kDa auf. Der hier gezeigte Transportmechanismus ist charakteristisch f{\"u}r sogenannte Autotransporter-Proteine. Trotz der hohen Sequenzhomologie zur IgA1-Protease von Neisseria gonorrhoeae, die als Prototyp der Autotransporter-Proteine gilt, konnte f{\"u}r EspI keine Proteaseaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber IgA gezeigt werden. EspI weist auch hohe Sequenzhomologie zu Exoproteinen von Shigella flexneri (SepA, Mucinase und SigA), EHEC (EspP) und vogelpathogenen E. coli (Tsh) auf, allerdings konnte keines der Substrate dieser Proteasen von EspI gespalten werden. Dagegen konnte eine proteolytische Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Schweine-Pepsin A und Apolipoprotein A1 nachgewiesen werden. Die putative Virulenz und r{\"a}umliche N{\"a}he der Gene espI, btuB und iha macht diese Region zum interessantesten St{\"u}ck der im Rahmen dieser Arbeit identifizierten neuen Pathogenit{\"a}tsinsel. Eine PCR-Untersuchung zur Verbreitung dieser Gene zeigte, dass diese Region bei LEE-negativen STEC weit verbreitet ist. Inwieweit diese Pathogenit{\"a}tsinsel einen Einfluss auf die Virulenz von STEC hat, muss in weiteren Experimenten gekl{\"a}rt werden.},
  subject      = {STEC},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fluegel1999,
  author    = {Fl{\"u}gel, Manfred},
  title     = {Molekularbiologische Studien zur Pathogenit{\"a}t und {\"O}kologie von Legionella pneumophila},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1178},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {1999},
  abstract  = {Legionella pneumophila, der Erreger der Legion{\"a}rskrankheit, ist ein Umweltkeim mit Verbreitung in aquatischen Habitaten. Die Keime sind in der Lage, sich intrazellul{\"a}r in eukaryontischen Zellen, wie Makrophagen, Monozyten und Protozoen zu vermehren. Die erfolgreiche Besiedlung {\"o}kologischer Nischen, aber auch das Virulenzpotential des Keimes k{\"o}nnen dabei von Umweltfaktoren abh{\"a}ngen. Die Erforschung {\"o}kologischer Zusammenh{\"a}nge kann daher f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der bakteriellen Virulenz von großer Bedeutung sein. Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die in der sp{\"a}ten station{\"a}ren Phase des Bakterienwachstums von L. pneumophila zu beobachtende intensive Pigmentierung des Kulturmediums. F{\"u}r diesen Ph{\"a}notyp ist das Legiolysin (Lly) verantwortlich. Es ist eines der wenigen bekannten Genprodukte von L. pneumophila, die einen Einfluß auf das {\"U}berleben des Keimes in der Umwelt haben. Legiolysin kann daher als Fitnessfaktor bezeichnet werden. Um die {\"o}kologischen Zusammenh{\"a}nge der Pigmentgenerierung n{\"a}her zu untersuchen, wurde das lly-positive Plasmid pEWL 1 subkloniert und sequenziert. Neben lly konnten in diesem Genabschnitt durch Sequenzvergleiche der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen sechs weitere Leseraster detektiert werden. Die drei unmittelbar benachbarten Gene von lly kodieren dabei f{\"u}r Proteine mit Funktionalit{\"a}t in Bezug zur lly-Determinante, w{\"a}hrend die drei upstream von lly liegenden Leseraster Homologien zu Proteinen aufweisen, die an Transportprozessen beteiligt sind. Die L{\"a}nge des RNA-Transkripts von lly konnte im Northern-Blot mit ungef{\"a}hr 1,8 kb bestimmt werden und l{\"a}ßt damit auf die gemeinsame Transkription des lly-Gens mit dem unmittelbar upstream liegenden Leseraster schließen. Durch Sequenzanalysen konnte aufgezeigt werden, daß das f{\"u}r diesen Ph{\"a}notyp verantwortliche Legiolysin-Gen f{\"u}r eine p-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase (HPPD) kodiert. Dieses Enzym katalysiert die Umsetzung von p-Hydroxyphenylpyruvat zu Homogentisat (HGA). In Zusammenarbeit mit Prof. P. Proksch (Pharmazeutische Biologie, W{\"u}rzburg) konnte im Vergleich zu lly-negativen L. pneumophila- und rekombinanten E. coli-St{\"a}mmen in den Kultur{\"u}berst{\"a}nden von lly-positiven St{\"a}mmen auf Basis einer Hochdruck-Fl{\"u}ssigkeits-Chromatographie (HPLC) HGA nachgewiesen werden. Es konnte somit gezeigt werden, daß das Legiolysin-Gen f{\"u}r ein Protein mit HPPD- Aktivit{\"a}t kodiert, und in die Degradation der aromatischen Aminos{\"a}uren Phenylalanin und Tyrosin involviert ist. Des weiteren wurden chromosomale Integrationsmutationen der aus L. pneumophila stammenden Gene lly und mip ("macrophage infectivity potentiator") in E. coli K-12 St{\"a}mmen erstellt. Diese wurden nachfolgend in {\"o}kologisch ausgerichteten Langzeitstudien eingesetzt. Die chromosomale Integration von lly erfolgte als ortsspezifische Rekombination in die l att - site von E. coli WM 2269. Die Integration von mip erfolgte in die fim-Region des E. coli K-12-Stammes AAEC 160. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit befaßt sich mit {\"o}kologischen Studien zur Persistenz von L. pneumophila in der Umwelt. Durch die Bestrahlung mit Licht {\"u}ber einen Verlauf von sieben Tagen konnte gezeigt werden, daß die Exprimierung von lly zu einer Persistenz unter Lichtstreß f{\"u}hrt. Dieser Lichtschutz k{\"o}nnte in der Umwelt, aber auch bei der Sanierung von Wasserleitungssystemen mittels UV-Licht Relevanz aufweisen. Die Assoziation von L. pneumophila JR32 und JR32-1 (lly-negativ) mit dem Cyanobakterium Fischerella wurde in Mikrokosmen {\"u}ber einen Verlauf von sieben Tagen beobachtet. Dabei konnte gezeigt werden, daß Legionella in Assoziation mit Fischerella bzw. in dessen {\"U}berstand zu persistieren vermag, w{\"a}hrend dies den Bakterien in frischem Fischerella-Medium nicht m{\"o}glich war. Wie die Coinkubation der Fischerellen mit L. pneumophila JR32-1 zeigte, spielt die Expression von lly dabei keine Rolle. Ein Wachstum der Bakterienkulturen konnte weder im Fischerella-{\"U}berstand, noch in Fischerella-Medium beobachtet werden. Durch Rasterelektronenmikroskopie konnte der adh{\"a}sive Charakter der Assoziation von L. pneumophila zu Fischerella dokumentiert werden. Durch Persistenzstudien von L. pneumophila und E. coli in Boden wurde die {\"U}berlebensf{\"a}higkeit der Mikroorganismen in suboptimaler Umgebung getestet. F{\"u}r Legionella ist eine rapide Abnahme der Zellzahl schon nach kurzer Zeit zu detektieren. Nach sechs Tagen konnten keine Zellen mehr kultiviert werden. Die Defizienz der Pathogenit{\"a}ts- und Umweltfaktoren Mip, Fla (Flagellin) und Lly hatte dabei keinen Einfluß auf die Persistenz der Bakterien im Boden. Zudem sind die zuvor generierten rekombinanten E. coli-Klone AAEC 160-1 und WM 2269-1 mit genomischer mip- bzw. lly-Integration eingesetzt worden. Innerhalb von vier Wochen konnte f{\"u}r diese St{\"a}mme eine kontinuierliche Reduktion der Zellzahlen beobachtet werden. Somit erwies sich keiner der Organismen als erfolgreicher Besiedler der Bodenprobe. Die Studien zum Verlust der Kultivierbarkeit von L. pneumophila und E. coli erfolgten in autoklaviertem Leitungswasser bzw. PBS und zwei unterschiedlich behandelten Varianten von Mainwasser. Neben sterilfiltriertem Mainwasser fand die Inokulierung der Organismen auch in einem Ansatz mit autoklaviertem Mainwasser statt. Es konnte gezeigt werden, daß L. pneumophila in Leitungswasser und Mainwasser außerordentlich gut zu persistieren vermochte. Zudem konnte dokumentiert werden, daß auch E. coli DH5a in ein lebensf{\"a}higes, aber nicht mehr kultivierbares Ruhestadium (viable but nonculturable, VBNC) eintreten kann. Parallel zur Ermittlung der CFU-Werte wurden w{\"a}hrend des Verlaufs der Experimente die Lebendzellzahlen durch Fluoreszenzf{\"a}rbungen bestimmt. Der {\"U}bergang von L. pneumophila in das VBNC-Ruhestadium wurde zudem durch in situ - Hybridisierungen mit fluoreszenzmarkierten 16 S rRNA-Oligonukleotidsonden dokumentiert. Im Naturhaushalt spielt dieser {\"U}bergang zu VBNC-Stadien bei Umweltbakterien zur {\"U}berwindung ung{\"u}nstiger Phasen eine große Rolle. Schließlich erfolgten Experimente zur Reaktivierung der VBNC-Ruhestadien. Diese Reaktivierung ist abh{\"a}ngig von speziesspezifischen Triggern und kann bei L. pneumophila durch Coinkubation mit Acanthamoeba castellanii erfolgen.},
  subject      = {Legionella pneumophila},
  language  = {de}
}