@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{Loessner2002,
  author    = {L{\"o}ßner, Isabel},
  title     = {Die Rolle des bakteriellen Insertionselements IS256 bei der Modulation der Biofilmbildung in Staphylococcus epidermdis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3258},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Staphylococcus epidermidis z{\"a}hlt zu den h{\"a}ufigsten Erregern nosokomialer Infektionen im Zusammenhang mit implantierten Fremdk{\"o}rpern. Diese Bakterien zeigen eine außergew{\"o}hnliche ph{\"a}notypische und genotypische Variabilit{\"a}t, von der auch die Expression wichtiger virulenz- und resistenzassoziierter Gene betroffen ist. M{\"o}glicherweise verf{\"u}gen Staphylokokken damit {\"u}ber Anpassungsstrategien, die sie f{\"u}r das {\"U}berleben unter wechselnden Umweltbedingungen ben{\"o}tigen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von bakteriellen Insertionssequenzen (IS) bei der Genomplastizit{\"a}t von Staphylococcus epidermidis untersucht. Im Mittelpunkt des Interesses stand dabei das Insertionselement IS256 und sein Einfluß auf die Biofilmbildung von Staphylococcus epidermidis. Die F{\"a}higkeit von S. epidermidis, an Oberfl{\"a}chen zu haften und Biofilme zu bilden ist von der Pr{\"a}senz und Expression des ica-Operons abh{\"a}ngig, das Enzyme f{\"u}r die Synthese eines Exopolysaccharids (PIA) kodiert. Die PIA-Produktion ist {\"a}ußerst variabel und hat damit Einfluß auf das Virulenz- und Kolonisierungsverhalten dieser Bakterien. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, daß die ver{\"a}nderliche PIA-Produktion bei S. epidermidis im wesentlichen auf drei Mechanismen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist, an denen das IS-Element IS256 urs{\"a}chlich beteiligt ist. Zun{\"a}chst konnte durch den Vergleich der IS256-spezifischen Hybridisierungsmuster eines biofilmbildenden S. epidermidis-Wildtypstammes und dessen PIA-negativer Spontanvarianten gezeigt werden, daß die multiplen IS256-Kopien im Genom dieses Stammes außerordentlich aktiv sind. Die n{\"a}here Analyse der Varianten ergab bei einem Teil der PIA-negativen Abk{\"o}mmlinge umfangreiche IS256-vermittelte genomische Umordnungen als Ursache f{\"u}r den Verlust der Biofilmbildung. Eine weitere Gruppe von Biofilm-negativen Varianten wies IS256-Insertionen im ica-Gencluster auf. Die Verteilung der Insertionsstellen im ica-Operon ließ darauf schließen, daß es sich bei dem icaC-Gen um einen Hot-spot f{\"u}r die Integration von IS256 handelt. Solche ica::IS256-Insertionen konnten bereits in zahlreichen S. epidermidis St{\"a}mmen nachgewiesen werden. Da diese Insertionen reversibel sind, bilden sie eine wesentliche Ursache f{\"u}r die Phasenvariation der Biofilmbildung von S. epidermidis. Bei einer dritten Gruppe von Varianten konnten Deletionen verschieden großer DNA-Abschnitte im S. epidermidis-Chromosom beobachtet werden, die zu einem Verlust der ica-Gene und damit der F{\"a}higkeit, Biofilme auszubilden, f{\"u}hrte. Um die Frage zu kl{\"a}ren, welche Gene in der Umgebung des ica-Operons liegen und durch die Deletion von bis zu 250 kb-großen DNA-Fragmenten verloren gehen, wurde eine Cosmid-Genbank des S. epidermidis -Wildtypstammes erstellt. Die durch Nukleotidsequenzierung erhaltenen Informationen wurden mit der in der Genom-Datenbank zur Verf{\"u}gung stehenden Sequenz des 1. A ZUSAMMENFASSUNG 2 Referenzstammes S. epidermidis RP62A verglichen und in einer Genkarte zusammengefaßt. Neben einzelnen Unterschieden zwischen den beiden S. epidermidis-St{\"a}mmen fiel vor allem auf, daß mehrere der von der Deletion betroffenen Leseraster f{\"u}r Proteine mit {\"A}hnlichkeiten zu oberfl{\"a}chenassoziierten Proteinen kodieren, die an der Adh{\"a}renz der Bakterien beteiligt sein k{\"o}nnten. Daneben finden sich aber auch Leserahmen mit {\"A}hnlichkeiten zu Transportsystemen und zahlreiche mobile genetische Elemente. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß das ica-Operon von S. epidermidis m{\"o}glicherweise Teil einer Pathogenit{\"a}tsinsel ist. Die Analyse der Deletionsrandbereiche einer Mutante ergab, daß der Verlust von mehr als 200 kb DNA durch homologe Rekombination zwischen zwei IS256-Elementen vermittelt wurde, die im Wildtypstamm in gleicher Orientierung zueinander vorlagen. Da IS256 offensichtlich eine wichtige Rolle bei der Genomplastizit{\"a}t von S. epidermidis spielt, konzentrierte sich der zweite Teil der Arbeit auf die Aufkl{\"a}rung des Transpositionsmechanismus dieses IS-Elements. Dabei konnte gezeigt werden, daß IS256 eine alternative Transpositionsreaktion nutzt, die durch die Bildung zirkul{\"a}rer, extrachromosomaler DNA-Molek{\"u}le gekennzeichnet ist. Diese DNA-Zirkel bestehen aus einer vollst{\"a}ndigen IS256-Kopie, bei der die beiden Enden des Elementes durch eine variable Anzahl von Nukleotiden fremder DNA als Br{\"u}cke miteinander verbunden sind. Es konnte gezeigt werden, daß diese kurzen DNA-Abschnitte aus der Nachbarschaft der fr{\"u}heren IS256-Insertionsstelle stammen, wobei sowohl stromaufw{\"a}rts als auch stromabw{\"a}rts liegende Nukleotidsequenzen nachgewiesen wurden. Neben diesen vollst{\"a}ndigen IS256-Zirkeln wurden aber auch Molek{\"u}le gefunden, bei denen entweder das rechte oder das linke Ende von IS256 fehlten. Die Daten legen nahe, daß beide IS256-Enden an der Zirkelbildung teilnehmen k{\"o}nnen und im Unterschied zu anderen zirkelbildenden Insertionssequenzen, die Strangtransferreaktion w{\"a}hrend der Zirkularisierung mit geringer Spezifit{\"a}t verl{\"a}uft. Ringf{\"o}rmige IS256-Molek{\"u}le konnten sowohl in S. epidermidis als auch in rekombinanten S. aureus und E. coli-St{\"a}mmen nachgewiesen werden, was auf eine untergeordnete Rolle speziesspezifischer Faktoren bei diesem Prozeß schließen l{\"a}ßt. Dagegen konnte durch die Einf{\"u}hrung einer Mutation in das putative Transposasegen des Elementes gezeigt werden, daß dieses Genprodukt f{\"u}r die IS256-Zirkularisierung essentiell ist. Es ist zu vermuten, daß die Bildung zirkul{\"a}rer IS256-Molek{\"u}le die Voraussetzung f{\"u}r die pr{\"a}zise Exzision des Elementes w{\"a}hrend der Phasenvariation der Biofilmproduktion bildet. Außerdem ist die Generierung stabiler Mutationen durch das Zur{\"u}cklassen von Teilen der duplizierten Zielsequenz oder durch die Vermittlung kleinerer Deletionen w{\"a}hrend der Zirkelbildung vorstellbar. Dar{\"u}ber hinaus bilden die multiplen Kopien des Elementes im Genom Kreuzungspunkte f{\"u}r homologe Rekombinationsereignisse. IS256 stellt damit sehr wahrscheinlich einen wesentlichen Faktor f{\"u}r die Flexibilit{\"a}t des Genoms von S. epidermidis dar. Die detaillierte Aufkl{\"a}rung der molekularen Mechanismen, die die Transposition von IS256 beeinflussen, k{\"o}nnten daher wertvolle Einblicke in die genetischen Anpassungsstrategien dieses bedeutenden nosokomialen Pathogens geben.},
  subject      = {Staphylococcus epidermis},
  language  = {de}
}