@article{KimShustaDoran2019,
  author    = {Kim, Brandon J. and Shusta, Eric V. and Doran, Kelly S.},
  title     = {Past and current perspectives in modeling bacteria and blood-brain barrier interactions},
  series = {Frontiers in Microbiology},
  volume    = {10},
  journal   = {Frontiers in Microbiology},
  number    = {1336},
  doi       = {10.3389/fmicb.2019.01336},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-201766},
  year      = {2019},
  abstract  = {The central nervous system (CNS) barriers are highly specialized cellular barriers that promote brain homeostasis while restricting pathogen and toxin entry. The primary cellular constituent regulating pathogen entry in most of these brain barriers is the brain endothelial cell (BEC) that exhibits properties that allow for tight regulation of CNS entry. Bacterial meningoencephalitis is a serious infection of the CNS and occurs when bacteria can cross specialized brain barriers and cause inflammation. Models have been developed to understand the bacterial - BEC interaction that lead to pathogen crossing into the CNS, however, these have been met with challenges due to these highly specialized BEC phenotypes. This perspective provides a brief overview and outlook of the in vivo and in vitro models currently being used to study bacterial brain penetration, and opinion on improved models for the future.},
  language  = {en}
}
@article{SilwedelSpeerHaarmannetal.2019,
  author    = {Silwedel, Christine and Speer, Christian P. and Haarmann, Axel and Fehrholz, Markus and Claus, Heike and Schlegel, Nicolas and Glaser, Kirsten},
  title     = {Ureaplasma species modulate cytokine and chemokine responses in human brain microvascular endothelial cells},
  series = {International Journal of Molecular Science},
  volume    = {20},
  journal   = {International Journal of Molecular Science},
  number    = {14},
  issn      = {1422-0067},
  doi       = {10.3390/ijms20143583},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-201848},
  year      = {2019},
  abstract  = {Ureaplasma species are common colonizers of the adult genitourinary tract and often considered as low-virulence commensals. Intraamniotic Ureaplasma infections, however, facilitate chorioamnionitis and preterm birth, and cases of Ureaplasma-induced neonatal sepsis, pneumonia, and meningitis raise a growing awareness of their clinical relevance. In vitro studies are scarce but demonstrate distinct Ureaplasma-driven impacts on immune mechanisms. The current study addressed cytokine and chemokine responses upon exposure of native or lipopolysaccharide (LPS) co-stimulated human brain microvascular endothelial cells (HBMEC) to Ureaplasma urealyticum or U. parvum, using qRT-PCR, RNA sequencing, multi-analyte immunoassay, and flow cytometry. Ureaplasma exposure in native HBMEC reduced monocyte chemoattractant protein (MCP)-3 mRNA expression (p < 0.01, vs. broth). In co-stimulated HBMEC, Ureaplasma spp. attenuated LPS-evoked mRNA responses for C-X-C chemokine ligand 5, MCP-1, and MCP-3 (p < 0.05, vs. LPS) and mitigated LPS-driven interleukin (IL)-1α protein secretion, as well as IL-8 mRNA and protein responses (p < 0.05). Furthermore, Ureaplasma isolates increased C-X-C chemokine receptor 4 mRNA levels in native and LPS co-stimulated HBMEC (p < 0.05). The presented results may imply immunomodulatory capacities of Ureaplasma spp. which may ultimately promote chronic colonization and long-term neuroinflammation.},
  language  = {en}
}
@article{SilwedelSpeerHaarmannetal.2018,
  author    = {Silwedel, Christine and Speer, Christian P. and Haarmann, Axel and Fehrholz, Markus and Claus, Heike and Buttmann, Mathias and Glaser, Kirsten},
  title     = {Novel insights into neuroinflammation: bacterial lipopolysaccharide, tumor necrosis factor α, and Ureaplasma species differentially modulate atypical chemokine receptor 3 responses in human brain microvascular endothelial cells},
  series = {Journal of Neuroinflammation},
  volume    = {15},
  journal   = {Journal of Neuroinflammation},
  number    = {156},
  doi       = {10.1186/s12974-018-1170-0},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-175952},
  year      = {2018},
  abstract  = {Background: Atypical chemokine receptor 3 (ACKR3, synonym CXCR7) is increasingly considered relevant in neuroinflammatory conditions, in which its upregulation contributes to compromised endothelial barrier function and may ultimately allow inflammatory brain injury. While an impact of ACKR3 has been recognized in several neurological autoimmune diseases, neuroinflammation may also result from infectious agents, including Ureaplasma species (spp.). Although commonly regarded as commensals of the adult urogenital tract, Ureaplasma spp. may cause invasive infections in immunocompromised adults as well as in neonates and appear to be relevant pathogens in neonatal meningitis. Nonetheless, clinical and in vitro data on Ureaplasma-induced inflammation are scarce. Methods: We established a cell culture model of Ureaplasma meningitis, aiming to analyze ACKR3 variances as a possible pathomechanism in Ureaplasma-associated neuroinflammation. Non-immortalized human brain microvascular endothelial cells (HBMEC) were exposed to bacterial lipopolysaccharide (LPS) or tumor necrosis factor-α (TNF-α), and native as well as LPS-primed HBMEC were cultured with Ureaplasma urealyticum serovar 8 (Uu8) and U. parvum serovar 3 (Up3). ACKR3 responses were assessed via qRT-PCR, RNA sequencing, flow cytometry, and immunocytochemistry. Results: LPS, TNF-α, and Ureaplasma spp. influenced ACKR3 expression in HBMEC. LPS and TNF-α significantly induced ACKR3 mRNA expression (p < 0.001, vs. control), whereas Ureaplasma spp. enhanced ACKR3 protein expression in HBMEC (p < 0.01, vs. broth control). Co-stimulation with LPS and either Ureaplasma isolate intensified ACKR3 responses (p < 0.05, vs. LPS). Furthermore, stimulation wielded a differential influence on the receptor's ligands. Conclusions: We introduce an in vitro model of Ureaplasma meningitis. We are able to demonstrate a pro-inflammatory capacity of Ureaplasma spp. in native and, even more so, in LPS-primed HBMEC, underlining their clinical relevance particularly in a setting of co-infection. Furthermore, our data may indicate a novel role for ACKR3, with an impact not limited to auto-inflammatory diseases, but extending to infection-related neuroinflammation as well. AKCR3-induced blood-brain barrier breakdown might constitute a potential common pathomechanism.},
  language  = {en}
}
@article{MaurerHuppBischoffetal.2017,
  author    = {Maurer, Jana and Hupp, Sabrina and Bischoff, Carolin and Foertsch, Christina and Mitchell, Timothy J. and Chakraborty, Trinad and Iliev, Asparouh I.},
  title     = {Distinct neurotoxicity profile of listeriolysin O from \(Listeria\) \(monocytogenes\)},
  series = {Toxins},
  volume    = {9},
  journal   = {Toxins},
  number    = {1},
  doi       = {10.3390/toxins9010034},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-172130},
  year      = {2017},
  abstract  = {Cholesterol-dependent cytolysins (CDCs) are protein toxins that originate from Gram-positive bacteria and contribute substantially to their pathogenicity. CDCs bind membrane cholesterol and build prepores and lytic pores. Some effects of the toxins are observed in non-lytic concentrations. Two pathogens, \(Streptococcus\) \(pneumoniae\) and \(Listeria\) \(monocytogenes\), cause fatal bacterial meningitis, and both produce toxins of the CDC family—pneumolysin and listeriolysin O, respectively. It has been demonstrated that pneumolysin produces dendritic varicosities (dendrite swellings) and dendritic spine collapse in the mouse neocortex, followed by synaptic loss and astrocyte cell shape remodeling without elevated cell death. We utilized primary glial cultures and acute mouse brain slices to examine the neuropathological effects of listeriolysin O and to compare it to pneumolysin with identical hemolytic activity. In cultures, listeriolysin O permeabilized cells slower than pneumolysin did but still initiated non-lytic astrocytic cell shape changes, just as pneumolysin did. In an acute brain slice culture system, listeriolysin O produced dendritic varicosities in an NMDA-dependent manner but failed to cause dendritic spine collapse and cortical astrocyte reorganization. Thus, listeriolysin O demonstrated slower cell permeabilization and milder glial cell remodeling ability than did pneumolysin and lacked dendritic spine collapse capacity but exhibited equivalent dendritic pathology.},
  language  = {en}
}
@article{WippelMaurerFortschetal.2013,
  author    = {Wippel, Carolin and Maurer, Jana and Fortsch, Christina and Hupp, Sabrina and Bohl, Alexandra and Ma, Jiangtao and Mitchell, Timothy J. and Bunkowski, Stephanie and Br{\"u}ck, Wolfgang and Nau, Roland and Iliev, Asparouh I.},
  title     = {Bacterial Cytolysin during Meningitis Disrupts the Regulation of Glutamate in the Brain, Leading to Synaptic Damage},
  series = {PLoS Pathogens},
  volume    = {9},
  journal   = {PLoS Pathogens},
  number    = {6},
  doi       = {10.1371/journal.ppat.1003380},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-130462},
  pages     = {e1003380},
  year      = {2013},
  abstract  = {Abstract Streptococcus pneumoniae (pneumococcal) meningitis is a common bacterial infection of the brain. The cholesterol-dependent cytolysin pneumolysin represents a key factor, determining the neuropathogenic potential of the pneumococci. Here, we demonstrate selective synaptic loss within the superficial layers of the frontal neocortex of post-mortem brain samples from individuals with pneumococcal meningitis. A similar effect was observed in mice with pneumococcal meningitis only when the bacteria expressed the pore-forming cholesterol-dependent cytolysin pneumolysin. Exposure of acute mouse brain slices to only pore-competent pneumolysin at disease-relevant, non-lytic concentrations caused permanent dendritic swelling, dendritic spine elimination and synaptic loss. The NMDA glutamate receptor antagonists MK801 and D-AP5 reduced this pathology. Pneumolysin increased glutamate levels within the mouse brain slices. In mouse astrocytes, pneumolysin initiated the release of glutamate in a calcium-dependent manner. We propose that pneumolysin plays a significant synapto- and dendritotoxic role in pneumococcal meningitis by initiating glutamate release from astrocytes, leading to subsequent glutamate-dependent synaptic damage. We outline for the first time the occurrence of synaptic pathology in pneumococcal meningitis and demonstrate that a bacterial cytolysin can dysregulate the control of glutamate in the brain, inducing excitotoxic damage. Author Summary Bacterial meningitis is one of the most devastating brain diseases. Among the bacteria that cause meningitis, Streptococcus pneumoniae is the most common. Meningitis predominantly affects children, especially in the Third World, and most of them do not survive. Those that do survive often suffer permanent brain damage and hearing problems. The exact morphological substrates of brain damage in Streptococcus pneumoniae meningitis remain largely unknown. In our experiments, we found that the brain cortex of patients with meningitis demonstrated a loss of synapses (the contact points among neurons, responsible for the processes of learning and memory), and we identified the major pneumococcal neurotoxin pneumolysin as a sufficient cause of this loss. The effect was not direct but was mediated by the brain neurotransmitter glutamate, which was released upon toxin binding by one of the non-neuronal cell types of the brain - the astrocytes. Pneumolysin initiated calcium influx in astrocytes and subsequent glutamate release. Glutamate damaged the synapses via NMDA-receptors - a mechanism similar to the damage occurring in brain ischemia. Thus, we show that synaptic loss is present in pneumococcal meningitis, and we identify the toxic bacterial protein pneumolysin as the major factor in this process. These findings alter our understanding of bacterial meningitis and establish new therapeutic strategies for this fatal disease.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nikulin2005,
  author    = {Nikulin, Joanna},
  title     = {Untersuchungen zu intrazellul{\"a}ren Folgereaktionen von Neisseria meningitidis und Escherichia coli K1 in HBMEC (human brain microvascular endothelial cells)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16552},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Neisseria meningitidis ist einer der wichtigsten Erreger bakterieller Meningitiden und gef{\"u}rchtet f{\"u}r das Potential Epidemien auszul{\"o}sen. Die Meningokokken-Meningitis bleibt bis heute auch in Industriel{\"a}ndern mit hoher Mortalit{\"a}t verbunden. Um eine Meningitis verursachen zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen Meningokokken die Blut-Hirn/Liquor-Schranke {\"u}berqueren. Dies erfolgt vermutlich {\"u}ber den transzellul{\"a}ren Weg durch die Endothelzellbarriere der Gehirnkapillare. Ereignisse unmittelbar vor der bakteriellen Internalisierung sind vielfach untersucht, noch wenig erforscht sind jedoch die in der Endothelzelle durch den initialen Kontakt des Erregers ausgel{\"o}sten Signalkaskaden. Die Rolle des f{\"u}r eine ADP-Ribosyltransferase kodierenden narE Gens in der Pathogenese der Meningokokken-Infektion und die m{\"o}gliche Bedeutung in der Aktivierung von Signaltransduktionsmechanismen wird diskutiert. Eine narE Insertionsmutante wurde hergestellt und charakterisiert. Anschließend wurde die Aktivierung der extracellular signal regulated kinase (ERK) im Verlauf von Infektionsassays in HBMEC (human brain microvascular endothelial cell) mittels Western Blot untersucht. Eine Zu- oder Abnahme in der Phosphorylierung von ERK und folglich eine Aktivierung oder Deaktivierung der ERK-vermittelten Signalkaskaden in HBMEC konnte jedoch im Laufe der Infektion bei der narE Mutante im Vergleich zum Wildtypstamm nicht festgestellt werden. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen Meningokokken intrazellul{\"a}r einzeln aber auch zu mehreren in phagosomen{\"a}hnlichen membranumgebenen Strukturen. Die F{\"a}higkeit von N. meningitidis sich intrazellul{\"a}r zu replizieren wurde mittels Infektions-assay untersucht. Bekapselte Meningokokken waren in der Lage, sich sowohl in Epithel- als auch in Endothelzellen zu replizieren, w{\"a}hrend unbekapselte Erreger intrazellul{\"a}r abget{\"o}tet wurden. Bei Meningokokken wie auch beim Erreger neonataler Meningitiden E. coli K1 wird eine O-Acetylierung des Kapselpolysaccharids beobachtet. Die biologische Bedeutung der O-Acetylierung der Sialins{\"a}ure wurde in Infektionsassays mit einem nicht acetylierten E. coli K1 Stamm und einer isogenen konstitutiv acetylierten Mutante untersucht. In der Adh{\"a}renz an und Invasion in HBMEC konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Eine st{\"a}rker ausgepr{\"a}gte intrazellul{\"a}re Replikation wurde jedoch nach einer Verz{\"o}gerung von mehreren Stunden bei dem nicht acetylierten Isolat beobachtet. Um die Neisseria containing Vacuole (NCV) n{\"a}her zu charakterisieren und m{\"o}gliche Interaktionen mit dem Endozytoseweg in HBMEC zu untersuchen, wurde eine dreifache Immunfluoreszenzf{\"a}rbung zur simultanen Darstellung intrazellul{\"a}rer Meningokken und spezifischer Marker des fr{\"u}hen bzw. sp{\"a}ten Endosoms und Lysosoms etabliert. Eine Akquirierung des Transferrinrezeptors als Marker f{\"u}r das fr{\"u}he Endosom und des Lamp-1 (lysosomal associated membrane protein 1) als Marker f{\"u}r das sp{\"a}te Endosom konnte durch Kolokalisationsstudien mittels Immunfluoreszenzmikroskopie gezeigt werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Cholewa2005,
  author    = {Cholewa, Ute},
  title     = {Procalcitonin in der Fr{\"u}hdiagnose der bakteriellen Meningitis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16490},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die Prognose einer lebensbedrohlichen Meningitis wird bestimmt durch m{\"o}glichst erregergerechte und m{\"o}glichst fr{\"u}hzeitige Therapie. Dabei spielt die Unterscheidung zwischen eitriger Meningitis durch typische oder schwer anz{\"u}chtbare Bakterien und abakterieller Meningitis eine Rolle, um die potentiellen Komplikationen unn{\"o}tiger Polypragmasie zu vermeiden. Daher sind m{\"o}glichst einfach und rasch zu bestimmende Laborparameter zur Untersuchung w{\"u}nschenswert. Als relativ neuer Parameter zur Differenzierung bakterieller von nicht bakteriellen Infekten ist Procalcitonin (PCT) eingef{\"u}hrt, dessen Bestimmung jetzt auch am Krankenbett m{\"o}glich ist. PCT hat bisher seine N{\"u}tzlichkeit v. a. in der Sepsiserkennung und -therapie gezeigt. Erste Fragestellung dieser retrospektiven Analyse von Meningoencephalitispatienten war, ob bei Erwachsenen durch Messung des PCT-Spiegels eine Differenzierung zwischen bakterieller oder viraler Genese gelingt, und ob der Bedsidetest so zuverl{\"a}ssig ist wie der aufw{\"a}ndigere LUMItest®. Dazu wurden retrospektiv die Daten von 141 Patienten erhoben, die 1992-2001 an der Neurologischen Universit{\"a}tsklinik W{\"u}rzburg mit gesicherter Meningitis behandelt wurden, von denen sowohl Akten als auch Liquor- und Serumasservate vorlagen, in denen die PCT-Messungen durchgef{\"u}hrt wurden. In den Untersuchungen von Schwarz et al. [102], Gendrel et al. [100] und Jereb et al. [104] wurde bei einem PCT-Grenzwert von 0,5 ng/ml eine Spezifit{\"a}t von 100 \% f{\"u}r die Differenzierung bakterielle verusus abakterielle Meninigitis gefunden. Dagegen w{\"a}ren bei gleicher Messmethodik im hier vorliegendem gr{\"o}ßeren Patientengut 35 \% der gesicherten bakteriellen Meningitiden bei einem „cut-off" von 0,5 ng/ml nicht als solche erkannt worden. 5 \% der nicht-bakteriellen Meningitiden w{\"a}ren mittels PCT-Messung als bakteriell eingestuft worden. Im hier untersuchten Patientenkollektiv hatte PCT als diagnostischer Parameter f{\"u}r diese Fragestellung bei einem Grenzwert von 0,5 ng/ml eine Sensitivit{\"a}t von 65 \% und eine Spezifit{\"a}t von 96 \%. Eine 100 \% Spezifit{\"a}t w{\"a}re in unserer Untersuchung bei einem „cut-off" von 1 ng/ml erreicht worden. Diese Grenze wird jedoch auf dem Schnelltest nicht angegeben. Es stellte sich hier heraus, dass der PCT®-Q Schnelltest im Bereich > 0,5 ng/ml bzw. <0,5 ng/ml dem LUMItest® vergleichbare Ergebnisse lieferte. Das bedeutet zwar, dass alle bakteriellen Meningitiden durch typische Erreger (Meningokokken und Pneumokokken) rasch und sicher bettseitig mittels PCT-Schnelltest h{\"a}tten identifiziert werden k{\"o}nnen. Aber ein niedriger PCT-Wert schloss eine bakterielle Meningitis, insbesondere eine durch „atypische Erreger" wie Listerien und Mycobakterien, nicht sicher aus. Denkbare St{\"o}rgr{\"o}ßen f{\"u}r das vorliegende Ergebnis sind Antibiotikagabe und Immunschw{\"a}che. Ein statistisch auffallender Einfluss einer Antibiotikatherapie auf den PCT-Spiegel konnte in unserem Patientengut nicht festgestellt werden. F{\"u}r die wenigen F{\"a}lle mit anzunehmender verminderter Immunleistung ließ sich keine Regel bez{\"u}glich der PCT-Reaktion ableiten. Damit erscheint der Schnelltest im klinischen Alltag f{\"u}r eine 100\% spezifische, sichere Unterscheidung bakterielle vs. nicht-bakterielle Meniongoencephalitis nicht geeignet; das bisher gr{\"o}ßte untersuchte Kollektiv hat den in der Literatur angegebenen „cut-off" von 0,5 ng/ml f{\"u}r eine sichere Differenzierung nicht best{\"a}tigen k{\"o}nnen. Die zweite Frage ist, ob die Messung des PCT den traditionellen Parametern Liquorzellzahl, Liquoreiweiß, Liquor/Serum-Glucosequotient, BSG, Serumleukozytenzahl oder CRP bez{\"u}glich Spezifit{\"a}t und Sensitivit{\"a}t in der Differentialdiagnose {\"u}berlegen ist. Es zeigte sich, dass CRP bei einem Grenzwert von 5-6 mg/dl mit einer Sensitivit{\"a}t und Spezifit{\"a}t von 95 \% und 98 \% die sicherste Differenzierung zwischen bakterieller und abakterieller Meningitis bei diesem Patientenkollektiv leistete. Mithin kann die PCT-Bestimmung am Krankenbett in der Akutaufnahmesituation eines Patienten mit Meningoencephalitis bei Werten > 10 ng/ml zwar treffsicher die Diagnose einer Meningokokken- oder Pneumokokken-Infektion st{\"u}tzen. F{\"u}r jede dar{\"u}ber hinaus gehende Schlussfolgerung erscheint die PCT-Messung aber entbehrlich wegen mangelhafter Spezifit{\"a}t und Sensitivit{\"a}t und v.a. der Unterlegenheit gegen{\"u}ber traditionell herangezogenen Laborparametern, insbesondere CRP. Folglich erwies sich die Bestimmung des PCT bei akuter Meningoencephalitis als entbehrlich.},
  language  = {de}
}