@phdthesis{Koenig2001,
  author    = {K{\"o}nig, Jochen},
  title     = {Tex aus Bordetella pertussis definiert eine neue Familie von Nukleins{\"a}ure-Bindeproteinen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1601},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Das Tex Protein aus Bordetella pertussis definiert eine neue Familie hoch konservierter Proteine in Eubakterien. Urspr{\"u}nglich wurde das tex Gen aufgrund seines Einflusses auf die Toxinexpression in bestimmten regulatorischen Mutanten von B. pertussis gefunden (Fuchs et al. (1996), J Bacteriol 178, 4445-52). Wie hier gezeigt wird, sind Leserahmen f{\"u}r entsprechende Proteine bei den Eubakterien ubiquit{\"a}r und mehrheitlich zu {\"u}ber 69 Prozent konserviert. Eine Ausnahme bilden einige wenige Taxa mit bekanntermaßen reduzierten Genomen, bei denen das Gen wahrscheinlich verloren gegangen ist, wie zum Beispiel verschiedene Mycoplasma spp. oder der obligate Blattlaus- (Aphiden-) Symbiont Buchnera aphidicola. In Eukaryonten und Archaeen konnte ein zu tex homologes Gen bisher nicht gefunden werden. Die Funktion von Tex in der Bakterienzelle ist unklar. W{\"a}hrend das Gen in B. pertussis essenziell ist und auch nicht {\"u}berexprimiert werden kann, sind Deletionsmutanten in Neisseria meningitidis und Escherichia coli ph{\"a}notypisch nicht von den entsprechenden Wildtypen unterscheidbar. Ausgiebige Wachstumsstudien mit einer E. coli tex-Mutante unter verschiedenen Wachstums- und Stressbedingungen ergaben ebenfalls keinen Hinweis auf eine Bedeutung von Tex, die die außerordentliche Konservierung des Proteins erkl{\"a}ren k{\"o}nnte. Das Protein zeigt in seinem N-Terminus ausgepr{\"a}gte {\"A}hnlichkeit mit dem Mannitol-Repressor (MtlR) von Escherichia coli und besitzt eine C-terminale S1-Dom{\"a}ne. Da die meisten der Proteine mit S1-Dom{\"a}nen als RNA-bindende Proteine gelten, wurde die F{\"a}higkeit von Tex untersucht, mit Nukleins{\"a}uren zu interagieren. In Festphasen-Bindeassays mit an Magnetk{\"u}gelchen immobilisiertem Tex Protein aus E. coli konnte eine spezifische Bindung an RNA-Gesamtpr{\"a}parationen gezeigt werden. DNA wurde hingegen nicht gebunden. Durch Verk{\"u}rzung des N-Terminus geht die pr{\"a}ferenzielle Bindung an RNA jedoch verloren und die Bindung von DNA erfolgt mit der gleichen Effizienz wie die von RNA. Festphasen-Bindeassays wurden weiterhin dazu benutzt, m{\"o}gliche spezifische Interaktionspartner von Tex aus RNA-Gesamtpr{\"a}parationen zu finden. Tats{\"a}chlich konnten {\"u}ber diesen Ansatz die regulatorische RNA CsrB und die ribosomale 16S RNA als spezifische Liganden isoliert werden. {\"U}ber die biologische Relevanz dieser Interaktion kann zum gegenw{\"a}rtigen Zeitpunkt allerdings noch keine Aussage gemacht werden.},
  subject      = {Bordetella pertussis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Thakar2006,
  author    = {Thakar, Juilee},
  title     = {Computational models for the study of responses to infections},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17266},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {In diesem Jahrhundert haben neue experimentelle Techniken und Computer-Verfahren enorme Mengen an Information erzeugt, die bereits viele biologische R{\"a}tsel enth{\"u}llt haben. Doch die Komplexit{\"a}t biologischer Systeme wirft immer weitere neue Fragen auf. Um ein System zu verstehen, bestand der Hauptansatz bis jetzt darin, es in Komponenten zu zerlegen, die untersucht werden k{\"o}nnen. Ein neues Paradigma verkn{\"u}pft die einzelnen Informationsteile, um sie auf globaler Ebene verstehen zu k{\"o}nnen. In der vorgelegten Doktorarbeit habe ich deshalb versucht, infekti{\"o}se Krankheiten mit globalen Methoden („Systembiologie") bioinformatisch zu untersuchen. Im ersten Teil wird der Apoptose-Signalweg analysiert. Apoptose (Programmierter Zelltod) wird bei verschiedenen Infektionen, zum Beispiel bei Viruserkrankungen, als Abwehrmaßnahme eingesetzt. Die Interaktionen zwischen Proteinen, die ‚death' Dom{\"a}nen beinhalten, wurden untersucht, um folgende Fragen zu kl{\"a}ren: i) wie wird die Spezifit{\"a}t der Interaktionen erzielt? -sie wird durch Adapter erreicht, ii) wie werden Proliferation/ {\"U}berlebenssignale w{\"a}hrend der Aktivierung der Apoptose eingeleitet? - wir fanden Hinweise f{\"u}r eine entscheidende Rolle des RIP Proteins (Rezeptor-Interagierende Serine/Threonine-Proteinkinase 1). Das Modell erlaubte uns, die Interaktions-Oberfl{\"a}chen von RIP vorherzusagen. Der Signalweg wurde anschließend auf globaler Ebene mit Simulationen f{\"u}r verschiedene Zeitpunkte analysiert, um die Evolution der Aktivatoren und Inhibitoren des Signalwegs und seine Struktur besser zu verstehen. Weiterhin wird die Signalverarbeitung f{\"u}r Apoptosis-Signalwege in der Maus detailliert modelliert, um den Konzentrationsverlauf der Effektor-Kaspasen vorherzusagen. Weitere experimentelle Messungen von Kaspase-3 und die {\"U}berlebenskurven von Zellen best{\"a}tigen das Modell. Der zweite Teil der Resultate konzentriert sich auf das Phagosom, eine Organelle, die eine entscheidende Rolle bei der Eliminierung von Krankheitserregern spielt. Dies wird am Beispiel von M. tuberculosis veranschaulicht. Die Fragestellung wird wiederum in zwei Aspekten behandelt: i) Um die Prozesse, die durch M. tuberculosis inhibiert werden zu verstehen, haben wir uns auf das Phospholipid-Netzwerk konzentriert, das bei der Unterdr{\"u}ckung oder Aktivierung der Aktin-Polymerisation eine große Rolle spielt. Wir haben f{\"u}r diese Netzwerkanalyse eine Simulation f{\"u}r verschiedene Zeitpunkte {\"a}hnlich wie in Teil eins angewandt. ii) Es wird vermutet, dass Aktin-Polymere bei der Fusion des Phagosoms mit dem Lysosom eine Rolle spielen. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde ein in silico Modell von uns entwickelt. Wir fanden heraus, dass in der Anwesenheit von Aktin-Polymeren die Suchzeit f{\"u}r das Lysosom um das F{\"u}nffache reduziert wurde. Weiterhin wurden die Effekte der L{\"a}nge der Aktin-Polymere, die Gr{\"o}ße der Lysosomen sowie der Phagosomen und etliche andere Modellparameter analysiert. Nach der Untersuchung eines Signalwegs und einer Organelle f{\"u}hrte der n{\"a}chste Schritt zur Untersuchung eines komplexen biologischen Systems der Infektabwehr. Dies wurde am Beispiel der Wirt-Pathogen Interaktion bei Bordetella pertussis und Bordetella bronchiseptica dargestellt. Die geringe Menge verf{\"u}gbarer quantitativer Daten war der ausschlaggebende Faktor bei unserer Modellwahl. F{\"u}r die dynamische Simulation wurde ein selbst entwickeltes Bool'sches Modell verwendet. Die Ergebnisse sagen wichtige Faktoren bei der Pathologie von Bordetellen hervor, besonders die Bedeutung der Th1 assoziierten Antworten und dagegen nicht der Th2 assoziierten Antworten f{\"u}r die Eliminierung des Pathogens. Einige der quantitativen Vorhersagen wurden durch Experimente wie die Untersuchung des Verlaufs einer Infektion in verschiedenen Mutanten und Wildtyp-M{\"a}usen {\"u}berpr{\"u}ft. Die begrenzte Verf{\"u}gbarkeit kinetischer Daten war der kritische Faktor bei der Auswahl der computer-gest{\"u}tzten Modelle. Der Erfolg unserer Modelle konnte durch den Vergleich mit experimentellen Beobachtungen belegt werden. Die vergleichenden Modelle in Kapitel 6 und 9 k{\"o}nnen zur Untersuchung neuer Wirt-Pathogen Interaktionen verwendet werden. Beispielsweise f{\"u}hrt in Kapitel 6 die Analyse von Inhibitoren und inhibitorischer Signalwege aus drei Organismen zur Identifikation wichtiger regulatorischer Zentren in komplexen Organismen und in Kapitel 9 erm{\"o}glicht die Identifikation von drei Phasen in B. bronchiseptica und der Inhibition von IFN-\&\#947; durch den Faktor TTSS die Untersuchung {\"a}hnlicher Phasen und die Inhibition von IFN-\&\#947; in B. pertussis. Eine weitere wichtige Bedeutung bekommen diese Modelle durch die m{\"o}gliche Identifikation neuer, essentieller Komponenten in Wirt-Pathogen Interaktionen. In silico Modelle der Effekte von Deletionen zeigen solche Komponenten auf, die anschließend durch experimentelle Mutationen weiter untersucht werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Bordetella pertussis},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Keidel2011,
  author    = {Keidel, Kristina},
  title     = {Charakterisierung des Hfq-Regulons in Bordetella pertussis und Bordetella bronchiseptica},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66677},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Bordetellen sind Gram-negative Kokkobazillen, die phylogenetisch zu den β-Proteobakterien z{\"a}hlen und in der Familie der Alcaligenaceae eingeordnet sind. Der bedeutendste Vertreter der Gattung, die nach heutigem Kenntnisstand neun Arten umfasst, ist Bordetella pertussis, der Erreger des Keuchhustens. Der Keim ist obligat humanpathogen und besitzt zahlreiche Virulenzfaktoren, um die Epithelzellen des Respirationstraktes zu besiedeln und zu zerst{\"o}ren, wodurch es zu dem charakteristischen Krankheitsverlauf kommt. Neben B. pertussis werden noch B. bronchiseptica und B. parapertussis dem sogenannten B. bronchiseptica-Cluster zugeteilt. Alle Vertreter des B. bronchiseptica-Clusters sind in der Lage, bei verschiedenen Wirtsspezies respiratorische Erkrankungen mit unterschiedlichem Schweregrad auszul{\"o}sen. Dabei weist B. bronchiseptica ein breiteres Wirtsspektrum auf und kann Atemwegserkrankungen in einer Vielzahl von S{\"a}ugetieren ausl{\"o}sen, wohingegen B. parapertussis vornehmlich Schafe und Menschen infiziert und bei letzteren eine schw{\"a}chere Form des Keuchhustens bewirkt. Das Hfq-Protein wurde urspr{\"u}nglich als Wirtsfaktor identifiziert, welcher f{\"u}r die Replikation des RNA-Phagen Qβ in Escherichia coli ben{\"o}tigt wird (host factor for Qβ oder HF-1). Es ist in Struktur und Funktion homolog zu den Sm-Proteinen aus Eukaryoten, die am Splicing von mRNAs involviert sind. Die Beteiligung des Hfq-Proteins an regulatorischen Vorg{\"a}ngen, die durch kleine nicht-kodierende RNAs (sRNAs) vermittelt werden, wurde erstmals in einer Studie zum Mechanismus der rpoS-Regulation durch die kleine regulatorische RNA OxyS ersichtlich. Seitdem konnte f{\"u}r eine Vielzahl an sRNAs gezeigt werden, dass sie an Hfq gebunden vorliegen und die Hilfe des Proteins bei der post-transkriptionellen Kontrolle ihrer Ziel-mRNAs ben{\"o}tigen. In dieser Hinsicht {\"u}bernimmt Hfq die Rolle eines RNA-Chaperons, indem es trans-kodierte sRNAs stabilisiert und die Basenpaarung mit ihren Ziel-mRNAs f{\"o}rdert. Dabei beeinflusst die Bindung der sRNA-Regulatoren an ihre Ziel-mRNAs deren Translation, sowohl aktivierend als auch inhibierend. Bislang wurden Hfq-Homologe in der H{\"a}lfte aller sequenzierten Gram-positiven und Gram-negativen Bakterienarten gefunden. Eine BLAST-Analyse ergab, dass B. pertussis und B. bronchiseptica Homologe zum Hfq-Protein aufweisen und diese in der ver{\"o}ffentlichten Genomsequenz bereits als Hfq-Protein annotiert sind. Fokus dieser Arbeit war weitestgehend, die Funktion des Hfq-Proteins in B. pertussis und vergleichend in B. bronchiseptica zu charakterisieren. Mittels Primer Extension-Analyse konnte zun{\"a}chst der Startpunkt des hfq-Transkripts in B. pertussis und B. bronchiseptica unter logarithmischen Wachstumsbedingungen bestimmt werden. Dieser Startpunkt war zudem unter station{\"a}ren Wachstumsbedingungen und nach Hitzestress aktiv, was in Diskrepanz zur Beobachtung in E. coli steht. Ferner konnte festgestellt werden, dass die hfq-Transkription nach Induktion verschiedener Stressformen in beiden Organismen erh{\"o}ht war. Nach Generierung der jeweiligen Δhfq-Mutanten in beiden Organismen wurden diese charakterisiert. Die B. pertussis Δhfq-Mutante zeigte ein deutliches Wachstumsdefizit gegen{\"u}ber dem Wildtyp, im Gegensatz zu B. bronchiseptica Δhfq, die sich im Wachstum wie der Wildtyp verhielt. Beide Mutanten zeigten sich sensitiver gegen{\"u}ber H2O2-Stress als der Wildtyp, nicht jedoch gegen{\"u}ber weiteren oxidativen Stressbedingungen oder Membranstress induzierenden Substanzen. Die Δhfq-Mutante in B. pertussis war zudem in ihrer F{\"a}higkeit zur Biofilmbildung beeintr{\"a}chtigt, was jedoch nicht f{\"u}r B. bronchiseptica Δhfq galt. Da Hfq an sRNA-mRNA-Interaktionen, welche die Translation der mRNAs beeinflussen, beteiligt ist, sollte {\"u}ber 2D-Gelelektrophorese das Hfq-regulierte Proteom in B. pertussis und B. bronchiseptica bestimmt werden. Auff{\"a}llig war, dass viele periplasmatische Transport-bindeproteine von der Δhfq-Mutation betroffen waren. Es zeigten sich aber auch Stoffwechselenzyme und wichtige Housekeeping-Faktoren, wie z. B. der Elongationsfaktor EF-Tu und das Chaperon GroEL, in der Δhfq-Mutante dereguliert. Generell scheint das Hfq-regulierte Proteom in B. pertussis und B. bronchiseptica nur einen kleinen Teil des gesamten Proteoms auszumachen. Zudem ist das Hfq-regulierte Proteom variabel zwischen verschiedenen Wachstumsbedingungen, aber auch zwischen den beiden Organismen trotz der engen Verwandtschaft. Die Expression ausgew{\"a}hlter Virulenzfaktoren zeigte keinen Unterschied zwischen Δhfq-Mutante und B. pertussis-Wildtyp.},
  subject      = {Bordetella pertussis},
  language  = {de}
}
@article{SivarajanKessieOberwinkleretal.2021,
  author    = {Sivarajan, Rinu and Kessie, David Komla and Oberwinkler, Heike and Pallmann, Niklas and Walles, Thorsten and Scherzad, Agmal and Hackenberg, Stephan and Steinke, Maria},
  title     = {Susceptibility of Human Airway Tissue Models Derived From Different Anatomical Sites to Bordetella pertussis and Its Virulence Factor Adenylate Cyclase Toxin},
  series = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  volume    = {11},
  journal   = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  issn      = {2235-2988},
  doi       = {10.3389/fcimb.2021.797491},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253302},
  year      = {2021},
  abstract  = {To study the interaction of human pathogens with their host target structures, human tissue models based on primary cells are considered suitable. Complex tissue models of the human airways have been used as infection models for various viral and bacterial pathogens. The Gram-negative bacterium Bordetella pertussis is of relevant clinical interest since whooping cough has developed into a resurgent infectious disease. In the present study, we created three-dimensional tissue models of the human ciliated nasal and tracheo-bronchial mucosa. We compared the innate immune response of these models towards the B. pertussis virulence factor adenylate cyclase toxin (CyaA) and its enzymatically inactive but fully pore-forming toxoid CyaA-AC\(^-\). Applying molecular biological, histological, and microbiological assays, we found that 1 µg/ml CyaA elevated the intracellular cAMP level but did not disturb the epithelial barrier integrity of nasal and tracheo-bronchial airway mucosa tissue models. Interestingly, CyaA significantly increased interleukin 6, interleukin 8, and human beta defensin 2 secretion in nasal tissue models, whereas tracheo-bronchial tissue models were not significantly affected compared to the controls. Subsequently, we investigated the interaction of B. pertussis with both differentiated primary nasal and tracheo-bronchial tissue models and demonstrated bacterial adherence and invasion without observing host cell type-specific significant differences. Even though the nasal and the tracheo-bronchial mucosa appear similar from a histological perspective, they are differentially susceptible to B. pertussis CyaA in vitro. Our finding that nasal tissue models showed an increased innate immune response towards the B. pertussis virulence factor CyaA compared to tracheo-bronchial tissue models may reflect the key role of the nasal airway mucosa as the first line of defense against airborne pathogens.},
  language  = {en}
}
@article{KessieLodesOberwinkleretal.2021,
  author    = {Kessie, David K. and Lodes, Nina and Oberwinkler, Heike and Goldman, William E. and Walles, Thorsten and Steinke, Maria and Gross, Roy},
  title     = {Activity of Tracheal Cytotoxin of Bordetella pertussis in a Human Tracheobronchial 3D Tissue Model},
  series = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  volume    = {10},
  journal   = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  issn      = {2235-2988},
  doi       = {10.3389/fcimb.2020.614994},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-222736},
  year      = {2021},
  abstract  = {Bordetella pertussis is a highly contagious pathogen which causes whooping cough in humans. A major pathophysiology of infection is the extrusion of ciliated cells and subsequent disruption of the respiratory mucosa. Tracheal cytotoxin (TCT) is the only virulence factor produced by B. pertussis that has been able to recapitulate this pathology in animal models. This pathophysiology is well characterized in a hamster tracheal model, but human data are lacking due to scarcity of donor material. We assessed the impact of TCT and lipopolysaccharide (LPS) on the functional integrity of the human airway mucosa by using in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human tracheobronchial epithelial cells and human tracheobronchial fibroblasts on porcine small intestinal submucosa scaffold under airlift conditions. TCT and LPS either alone and in combination induced blebbing and necrosis of the ciliated epithelia. TCT and LPS induced loss of ciliated epithelial cells and hyper-mucus production which interfered with mucociliary clearance. In addition, the toxins had a disruptive effect on the tight junction organization, significantly reduced transepithelial electrical resistance and increased FITC-Dextran permeability after toxin incubation. In summary, the results indicate that TCT collaborates with LPS to induce the disruption of the human airway mucosa as reported for the hamster tracheal model.},
  language  = {en}
}