@phdthesis{Bury2018,
  author    = {Bury, Susanne},
  title     = {Molekularbiologische Untersuchungen der antagonistischen Effekte des probiotischen \(Escherichia\) \(coli\) Stamms Nissle 1917 auf Shiga-Toxin produzierende \(Escherichia\) \(coli\) St{\"a}mme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163401},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Shiga toxin produzierende E. coli (STEC) stellen mit einer Infektionsdosis von gerade einmal 100 Bakterien ein großes Risiko f{\"u}r unsere Gesundheit dar. Betroffene Patienten k{\"o}nnen milde Krankheitssymptome wie w{\"a}ssrigen Durchfall aufweisen, welcher sich allerdings zu blutigem Durchfall oder dem h{\"a}molytisch ur{\"a}mischen Syndrom (HUS) weiterentwickeln kann. Die Ursache f{\"u}r das Krankheitsbild ist das zytotoxische Protein Shiga-Toxin (Stx), welches von STEC St{\"a}mmen produziert wird, eukaryotischen Zellen angreift und den apoptotischen Zelltod induziert. Es konnte gezeigt werden, dass infizierte Patienten in ihrem Krankheitsverlauf stark variieren, was unter anderem auf die Zusammensetzung ihrer Mikrobiota zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sein k{\"o}nnte. Diesbez{\"u}glich k{\"o}nnen zum Beispiel einige Bakterien bereits die Darmbesiedlung von STEC St{\"a}mmen unterbinden, wohingegen andere die Toxin Produktion der pathogenen St{\"a}mme beeinflussen und wieder andere von den stx tragenden Phagen infiziert werden k{\"o}nnen und daraufhin selbst zu Toxin produzierenden St{\"a}mmen werden. Da die genetischen Informationen f{\"u}r das Toxin auf einem Prophagen im Genom der STEC St{\"a}mme kodiert ist, f{\"u}hrt eine Antibiotika Behandlung von infizierten Patienten zwar zum Tod der Bakterien, hat allerdings auch einen Wechsel vom lysogenen zum lytischen Phagen Zyklus und damit einen enormen Anstieg an freigesetztem Stx zur Folge. In den letzten Jahrzehnten kam es immer wieder zu Epidemien mit STEC St{\"a}mmen, welche auch einige Todesopfer forderten. Die Behandlung von Patienten erfolgt auf Grund von mangelnden Behandlungsm{\"o}glichkeiten meist nur symptomatisch, weswegen neue Strategien f{\"u}r die Behandlung einer STEC Infektion dringend ben{\"o}tigt werden. Der probiotische E. coli Stamm Nissle 1917 (EcN) z{\"a}hlt bereits seit mehr als 100 Jahren als Medikament f{\"u}r Behandlungen von Darmentz{\"u}ndungen. In vitro und in vivo Studien mit dem probiotischen Stamm und STEC St{\"a}mmen konnten zeigen, dass EcN die Produktion von Stx unterdr{\"u}ckt und gleichzeitig die STEC Zellzahl reduziert. Diese Ergebnisse waren der Anlass f{\"u}r diese Studie in der die Auswirkungen von EcN auf STEC St{\"a}mme genauer untersucht wurden, um eine m{\"o}gliche Behandlung von STEC Infektionen mit dem Probiotikum zu gew{\"a}hrleisten. Eines der Hauptziele dieser Studie war es, herauszufinden, ob EcN von stx-Phagen infiziert werden kann und damit selbst zu einem Toxin Produzenten wird. In diesem Falle w{\"a}re eine Behandlung mit dem E. coli Stamm ausgeschlossen, da es den Krankheitsverlauf verschlimmern k{\"o}nnte. Verschiedene experimentelle Ans{\"a}tze in denen versucht wurde den YaeT stx-Phagen Rezeptor tragenden Stamm zu infizieren schlugen fehl. Weder mittels PCR Analysen, Phagen Plaque Assays oder der Phagen Anreicherung konnte eine Lyse oder eine Prophagen Integration nachgewiesen werden. Transkriptom Analysen konnten zeigen, dass Gene eines lambdoiden Prophagen in EcN in Anwesenheit von stx-Phagen stark reguliert sind. Auch andere E. coli St{\"a}mme, welche sich ebenfalls durch eine Resistenz gegen{\"u}ber einer stx-Phagen Infektion auswiesen, wurden positiv auf lambdoide Prophagen untersucht. Einzig dem stx-Phagen sensitiven K-12 Stamm MG1655 fehlt ein kompletter lambdoider Prophage, weswegen die Vermutung nahe liegt, dass ein intakter lambdoider Prophage vor der Superinfektion mit stx-Phagen sch{\"u}tzten kann. In weiteren Experimenten wurde der Einfluss der Mikrozin-negativen EcN Mutante SK22D auf STEC St{\"a}mme untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass SK22D nicht nur die Produktion des zytotoxischen Proteins unterdr{\"u}ckt, sondern auch mit der Produktion der stx-Phagen von allen getesteten STEC St{\"a}mmen interferiert (O157:H7, O26:H11, O145:H25, O103:H2, O111:H- und zwei O104:H4 Isolate vom STEC Ausbruch in Deutschland im Jahr 2011). Transwell Studien konnten zeigen, dass der Faktor, welcher die Transkription des Prophagen unterdr{\"u}ckt, von SK22D sekretiert wird. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass die Pr{\"a}senz von SK22D den lysogenen Zustand des Prophagen st{\"u}tzt und somit den lytischen Zyklus unterdr{\"u}ckt. Da stx-Phagen eine große Gefahr darstellen andere E. coli St{\"a}mme zu infizieren, haben wir uns in weiteren Studien dem Einfluss von EcN auf isolierte Phagen gewidmet. Die Kultivierungsexperimente von EcN mit Phagen zeigten, dass der probiotische Stamm in der Lage war die stx-Phagen in ihrer Effizienz der Lyse des K 12 Stammes MG1655 von~ 1e7 pfus/ml auf 0 pfus/ml nach einer 44 st{\"u}ndigen Inkubation zu inaktivieren. Diese Inaktivierung konnte auf die Aktivit{\"a}t eines hitzestabilen Proteins, welches in der station{\"a}ren Wachstumsphase synthetisiert wird, zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Studien welche einen Anstieg der Biofilmmasse zur Folge hatten zeigten eine gesteigerte Effizienz in der Phagen Inaktivierung, weswegen Komponenten des Biofilms m{\"o}glicherweise die Phagen Inaktivierung herbeif{\"u}hren. Neben dem direkten Einfluss auf die Phagen wurde auch ein Schutzeffekt von SK22D gegen{\"u}ber dem stx-Phagen empf{\"a}nglichen K 12 St{\"a}mmen untersucht. Lysogene K 12 St{\"a}mme zeichneten sich durch eine enorme Stx und stx-Phagen Produktion aus. Die Pr{\"a}senz von SK22D konnte den K 12 vermittelten Anstieg der pathogenen Faktoren unterbinden. Transwell Ergebnisse und Kinetik Studien lassen vermuten, dass SK22D eher die Phagen Infektion von K-12 St{\"a}mmen unterbindet als die Lyse von lysogenen K-12 St{\"a}mmen zu st{\"o}ren. Eine m{\"o}gliche Erkl{\"a}rung f{\"u}r den Schutz der K-12 St{\"a}mme vor einer stx-Phagen Infektion k{\"o}nnte darin liegen, dass die K-12 St{\"a}mme innerhalb der SK22D Kultur wachsen und dadurch von den infekti{\"o}sen Phagen abgeschirmt werden. Zusammenfassend konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass der probiotische Stamm EcN sowohl die Lyse von STEC St{\"a}mmen unterdr{\"u}ckt als auch die infekti{\"o}sen stx-Phagen inaktiviert und sensitive E. coli St{\"a}mme vor der Phagen Infektion sch{\"u}tzen kann. Diese Ergebnisse sollten als Grundlage f{\"u}r in vivo Studien herangezogen werden, um eine m{\"o}gliche Behandlung von STEC infizierten Patienten mit dem Probiotikum zu gew{\"a}hrleisten.},
  subject      = {EHEC},
  language  = {en}
}