@phdthesis{Kraenzler2006,
  author    = {Kr{\"a}nzler, Hans-Marcus},
  title     = {Untersuchungen zur Regulation der Biofilmbildung bei Staphylokokken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18784},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Staphylokokken sind in erster Linie Saprophyten, welche die Haut und Schleimh{\"a}ute des Menschen besiedeln und dort eine wichtige Rolle f{\"u}r das Gleichgewicht der gesunden Mikroflora spielen. Gleichzeitig haben sie sich aber auch zu den h{\"a}ufigsten Verursachern nosokomialer Infektionen entwickelt. Vor allem S. aureus und S. epidermidis verursachen Erkrankungen, die von leichten Haut- und Wundinfektionen bis hin zu lebensbedrohlichen Infektionen wie Pneumonien, Sepsis oder Endokarditis reichen. Infektionen durch S. epidermidis treten dabei meist in Verbindung mit Fremdk{\"o}rpern wie Kathetersystemen, k{\"u}nstlichen Gelenken und Herzklappen auf. In diesem Zusammenhang scheint vor allem die F{\"a}higkeit, einen Biofilm auf diesen Fremdk{\"o}rpern bilden zu k{\"o}nnen eine große Rolle f{\"u}r die Pathogenese zu spielen. Die Therapie von Staphylokokken-Infektionen wird zunehmend durch die ausgepr{\"a}gte Antibiotikaresistenz dieser Erreger erschwert, die sich mittlerweile auch auf Reserveantibiotika wie Daptomycin, Synercid® (Quinupristin/Dalfopristin) oder Linezolid erstreckt. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass subinhibitorische Konzentrationen des Streptogramin-Antibiotikums Synercid® die Biofilmbildung in S. epidermidis induzieren. Dar{\"u}ber hinaus mehren sich die Hinweise auch bei anderen Bakterien, dass geringe Antibiotika-Konzentrationen, wie sie in nat{\"u}rlichen Habitaten wie zum Beispiel im Boden vorkommen, wichtige Signale bei der Kommunikation von Bakterien untereinander darstellen und m{\"o}glicherweise eine Funktion bei der Modulation des Metabolismus im Kampf um N{\"a}hrstoffe aus{\"u}ben. In dieser Promotionsarbeit sollte daher exemplarisch, mit Hilfe der erst seit kurzem zur Verf{\"u}gung stehenden DNA-Mikroarray-Technik, der Effekt von subinhibitorischen Synercid®-Konzentrationen auf die globale Genexpression von S. epidermidis und S. aureus analysiert werden. Dabei stand vor allem die Wirkung auf die Biofilmbildung und die Identifikation neuer, an der Biofilmbildung beteiligter Komponenten im Mittelpunkt. Die Ergebnisse zeigen, dass subinhibitorische Synercid®-Konzentrationen bei S. aureus, im Gegensatz zu S. epidermidis, zu einer reduzierten Biofilmbildung f{\"u}hren. Bei beiden Arten ist jedoch die unterschiedliche Biofilmbildung durch eine ausgepr{\"a}gte Ver{\"a}nderung der allgemeinen Genexpression begleitet. Vor allem war eine starke Induktion von Genen zu beobachten, die f{\"u}r Proteine des Translationsapparates kodieren. Außerdem waren Gene des Nukleotid-Stoffwechsels, der Aminos{\"a}ure-Synthese und des Kohlenstoff-Metabolismus unterschiedlich reguliert. Des Weiteren konnte mit Hilfe von HPLC-Analysen sowohl bei S. epidermidis als auch bei S. aureus eine reduzierte Konzentration des Signalmolek{\"u}ls Guanosin-3-5-bisphosphat (ppGpp) festgestellt werden. ppGpp spielt vor allem bei der Kontrolle und Anpassung des Stoffwechsels an Wachstumsbedingungen, wie zum Beispiel das N{\"a}hrstoffangebot, eine wichtige Rolle. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Inaktivierung der ribosomalen Proteine durch Synercid® die reduzierte ppGpp-Konzentration bedingt, was zum einen zur verst{\"a}rkten Bildung ribosomaler Proteine f{\"u}hrt und zum anderen den Zellstoffwechsel in einer Weise beeinflusst, der eine vermehrte extrazellul{\"a}re Polysaccharid-Synthese und damit Biofilmbildung erm{\"o}glicht. Zusammenfassend zeigen die hier vorgestellten Daten, dass die unterschiedliche Beeinflussung der Biofilmbildung bei S. epidermidis und S. aureus sehr wahrscheinlich durch verschiedene Regulationswege des ica-Operons und/oder unterschiedliche katabolische F{\"a}higkeiten bedingt werden. Die Ergebnisse belegen weiterhin, dass die Wirkung von Antibiotika weit {\"u}ber deren bekannte inhibitorische Effekte hinausgeht und vor allem den Stoffwechsel der Bakterien dramatisch beeinflußt. Die Konsequenzen dieser Befunde sowohl f{\"u}r das Verst{\"a}ndinis von mikrobiologischen Konsortien in {\"O}kosystemen als auch f{\"u}r die Anwendung von Antibiotika in der Medizin sind noch nicht abzusehen, bieten jedoch eine interessante Grundlage f{\"u}r weitere experimentelle Arbeiten.},
  subject      = {Staphylococcus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Michaelis2005,
  author    = {Michaelis, Kai},
  title     = {Untersuchungen zur Genomstruktur und Biofilmbildung von pathogenen Escherichia coli Isolaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17593},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Das Kerngenom pathogener Escherichia coli Isolate wird von zahlreichen variablen Regionen unterbrochen, die meist durch horizontalen Gentransfer erworben wurden und {\"u}ber das ganze Chromosom verteilt sind. Diese variablen Bereiche tragen h{\"a}ufig Gene f{\"u}r Virulenz- und Fitnessfaktoren und sind oftmals nur instabil in das Chromosom integriert. Um die Verbreitung variabler Bereiche, die insbesondere Virulenzfaktoren kodieren, innerhalb verschiedener klinischer Isolate n{\"a}her untersuchen zu k{\"o}nnen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein spezieller DNA-Array entwickelt. Dieser enthielt zahlreiche Sonden f{\"u}r Gene, die f{\"u}r die Virulenz von verschiedenen Erregern der Gattung E. coli als auch der Untergruppe Shigella charakteristisch sind. Mit diesem "Pathoarray" wurde die Verbreitung von Virulenzgenen in unterschiedlichen E. coli Isolaten untersucht. Zus{\"a}tzlich wurden Unterschiede im Kerngenom mit Hilfe eines kommerziell erwerbbaren DNA-Arrays bestimmt. Ein Vergleich des Kerngenoms von uropathogenen St{\"a}mmen mit Derivaten, bei denen Pathogenit{\"a}tsinseln deletiert sind, best{\"a}tigte die Auffassung, dass der Deletion von Pathogenit{\"a}tsinseln ein spezieller Mechanismus zu Grunde liegt, von dem das Kerngenom nicht betroffen ist. Das Kerngenom der untersuchten St{\"a}mme war prinzipiell sehr konserviert und unterschied sich lediglich durch wenige Gene aus Bakteriophagen. Die gr{\"o}ßten Unterschiede wurden bei Genen beobachtet, die zum variablen Teil des Genoms geh{\"o}ren und charakteristisch f{\"u}r das jeweilige Isolat waren. Mit Hilfe der DNA-Array Technologie lassen sich auch {\"A}nderungen von Expressionsprofilen studieren, die von Mutationen oder durch Umwelteinfl{\"u}sse bedingt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde durch Transkriptomanalysen das RfaH-abh{\"a}ngige Regulon untersucht, insbesondere im Hinblick auf solche Gene, die die Biofilmbildung beeinflussen. Beim Vergleich der Transkriptome von E. coli 536rfaH mit dem Wildtyp wurde eine signifikant erh{\"o}hte Expression von Antigen 43 festgestellt. Im E. coli K-12 Stammhintergrund konnte dieses Oberfl{\"a}chenprotein als Hauptfaktor f{\"u}r die RfaH-abh{\"a}ngige Biofilmbildung identifiziert werden. Das verk{\"u}rzte LPS-Kernoligosaccharid im Stamm MG1655rfaH hatte ebenfalls einen großen Einfluss auf die verst{\"a}rkte Biofilmbildung. Vermutlich verst{\"a}rkte die verbesserte Pr{\"a}sentation von Agn43 durch ein verk{\"u}rztes LPS die Biofilmbildung signifikant. Andere Oberfl{\"a}chenstrukturen, wie die Colans{\"a}ure-Kapsel, zeigten keinen Effekt auf die Biofilmbildung von E. coli MG1655rfaH. Neben den Expressionsprofilen der St{\"a}mme 536 und 536rfaH bei 37 Grad C wurden auch die Expressionsprofile bei 30 Grad C sowie von Biofilmen analysiert. Prinzipiell konnten bei allen untersuchten Wachstumsbedingungen nur geringe Unterschiede zwischen 536 und 536rfaH festgestellt werden. Beim Vergleich der unterschiedlichen Wachstumsbedingungen (Temperatureffekt und planktonische Zellen vs. Biofilm) wurden jedoch deutliche Unterschiede beobachtet. Sowohl Gene des Kerngenoms als auch Gene von Pathogenit{\"a}tsinseln waren temperaturabh{\"a}ngig reguliert. Bei E. coli Isolaten lassen sich neben genomischen Unterschieden auch ph{\"a}notypische Unterschiede beobachten. Es wurde festgestellt, dass die Biofilmbildung von E. coli Isolaten abh{\"a}ngig von verschiedenen Faktoren und molekularen Mechanismen ist. Zudem konnte dargelegt werden, wie Unterschiede in der Zusammensetzung der {\"a}ußeren Membran durch eine ver{\"a}nderte LPS-Struktur und die Expression von Adh{\"a}sinen die Biofilmbildung beeinflussen k{\"o}nnen.},
  subject      = {Escherichia coli},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Nesper2000,
  author    = {Nesper, Jutta M.},
  title     = {Charakterisierung von spontan phagenresistenten Vibrio cholerae O1 El Tor Mutanten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1747},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2000},
  abstract  = {Vibrio cholerae, der Erreger der Cholera, ist ein Gram-negatives, fakultativ pathogenes Bakterium. In dieser Arbeit konnte die V. cholerae Oberfl{\"a}chenstruktur identifiziert werden, an die der temperente V.cholerae-Phage K139 adsorbiert. Phagenbindungs-Studien mit gereinigtem Lipopolysaccharid (LPS) ergaben, daß das O-Antigen der Serogruppe O1 den Phagenrezeptor darstellt. Zus{\"a}tzlich wurden phagenresistente Mutanten des transluzenten O1 El Tor Inaba Stammes P27459 nach Inkubation mit einem lytischen K139-Derivat isoliert. Analysen des LPS-Laufverhaltens in Polyacrylamid-Gelen (PAA) zeigten, daß viele der Spontanmutanten defekte LPS-Molek{\"u}le synthetisierten, die entweder im O-Antigen, im Kernoligosaccharid oder in beidem betroffen waren.Phagenresistente Mutanten mit offensichtlich unver{\"a}ndertem LPS bildeten entweder transluzente oder opake Kolonien. Weiterhin wurden ausgew{\"a}hlte spontan phagenresistente St{\"a}mme genetisch analysiert. O-Antigen Mutanten wurden in Southernblot-Analysen mit spezifischen, gegen das bereits gut charakterisierte O-Antigen-Biosynthese-Gencluster (rfb) gerichtete Sonden untersucht. Zwei der O-Antigen negativen St{\"a}mme waren durch Insertion des IS-Elementes IS1004 in das rfb-Gencluster entstanden. Spontan phagenresistente Mutanten mit ver{\"a}ndertem Kernoligosaccharid ohne O-Antigen (R-LPS-Mutanten) sind wahrscheinlich im Kernoligosaccharid-Biosynthese-Gencluster (waa) mutiert, das in der V. cholerae Datenbank identifiziert wurde. waaF, das f{\"u}r die Heptosyl-II-Transferase kodiert, wurde durch genetische Manipulation inaktiviert und zeigte im PAA-Gel das gleiche Migrationsverhalten wie zwei spontan phagenresistente Mutanten. In den Spontanmutanten konnte jedoch im Gegensatz zu der konstruierten Mutante durch ein WaaF-exprimierendes Plasmid lediglich das Kernoligosaccharid, nicht aber das O-Antigen wiederhergestellt werden. Weitere genetische Analysen ergaben, daß eine der Spontanmutanten 546 bp deletiert hatte, die Teile von waaF und waaL betrafen, letzteres kodiert dabei vermutlich f{\"u}r die O-Antigen-Ligase. Spontanmutanten mit intaktem O-Antigen aber ver{\"a}ndertem Kernoligosaccharid konnten als galU-Mutanten charakterisiert werden, die auch im Galaktosekatabolismus beeintr{\"a}chtigt waren. Zus{\"a}tzlich wurden zwei weitere gal-Gene, galE und galK, durch genetische Manipulation inaktiviert. Diese Mutanten konnten ebenfalls keine Galaktose mehr verstoffwechseln, synthetisierten aber ein intaktes LPS. In Gegenwart hoher Galaktosekonzentrationen wurde in galU- und galE- Mutanten aufgrund der Defekte im Gal-Stoffwechsel Lyse beobachtet. Zus{\"a}tzlich wurde die Rolle von galU und galE in der Biofilmbildung untersucht. Da der transluzente Wildtyp (Wt) im Gegensatz zu Opakvarianten keinen Biofilm bilden konnte, wurden galE und galU auch in einer Opakvariante inaktiviert. galU- und galE-Mutationen erzeugten in der Opakvariante wieder eine transluzente Koloniemorphologie und einen biofilm-negativen Ph{\"a}notyp an abiotischen Oberfl{\"a}chen. Diese Daten deuten an, daß die Synthese von UDP-Galaktose ausgehend von UDP-Glukose f{\"u}r die Synthese des Exopolysaccharides (VPS) notwendig ist. Virulenzstudien in neugeborenen M{\"a}usen ergaben, daß O-Antigen negative St{\"a}mme sowie galU-Mutanten sehr viel schlechter und R-LPS-Mutanten nicht mehr im D{\"u}nndarm kolonisieren konnten. Da galE und galEK-Mutanten ebenso gut wie der Wt kolonisierten, konnte ausgeschlossen werden, daß toxische Galaktose-Effekte f{\"u}r den Kolonisierungsdefekt der galU-Mutante verantwortlich waren. Zus{\"a}tzlich wurde die {\"U}berlebensf{\"a}higkeit der LPS-Mutanten in Gegenwart von verschiedenen Substanzen, die nachweislich im menschlichen D{\"u}nndarm vorkommen, unter „in vitro" Bedingungen untersucht. R-LPS und galU-Mutanten waren im Vergleich mit dem Wt sensitiver gegen{\"u}ber schwachen organischen S{\"a}uren, Defensinen, dem Komplementsystem und Gallens{\"a}uren. O-Antigen negative St{\"a}mme waren dagegen weiterhin resistent gegen{\"u}ber Gallens{\"a}uren und schwachen organischen S{\"a}uren aber sensitiv gegen die Komponenten des angeborenen Immunsystems. Bisher wurde f{\"u}r keine der LPS-Mutanten eine gr{\"o}ßere Beeintr{\"a}chtigung weiterer Virulenzfaktoren, wie z.B. Motilit{\"a}t, Synthese der Pili TCP oder Choleratoxin-Produktion festgestellt. Auch die Zusammensetzung der Proteine in der {\"a}ußeren Membran war offensichtlich nicht beeintr{\"a}chtigt, allerdings wurde beobachtet, daß aus galU Mutanten in geringem Maße und aus R-LPS Mutanten in verst{\"a}rktem Maße periplasmatische Proteine in den {\"U}berstand diffundieren k{\"o}nnen. Diese Ergebnisse deuten an, daß nicht nur das O-Antigen, wie bereits bekannt, sondern auch eine spezifische Kernoligosaccharid-Struktur f{\"u}r eine effektive Kolonisierung von V. cholerae essentiell ist. Der Grund daf{\"u}r ist h{\"o}chstwahrscheinlich in der Ausbildung einer stabilen {\"a}ußeren Membran zu suchen, die die Persistenz in Gegenwart bakteriozider Substanzen des D{\"u}nndarms erm{\"o}glicht.},
  subject      = {Vibrio cholerae},
  language  = {de}
}
@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}
}